Înțelegerea jocului în angrenaje și cuplaje
Reacție adversă (numit, de asemenea, joc sau joc) este jocul sau spațiul dintre componentele care se potrivesc în acționările mecanice - cel mai frecvent, jocul tangențial dintre dinții angrenajului care se angrenează atunci când un angrenaj este ținut în poziție staționară și angrenajul care se potrivește este balansat înainte și înapoi. Reprezintă “mișcarea pierdută” sau jocul liber din sistem: distanța pe care angrenajul conducător se poate roti înainte de a se cupla cu angrenajul condus în direcția opusă. O cantitate mică și deliberată de joc este esențială pentru sănătatea funcționarea angrenajului, dar atunci când crește prin uzură devine o sursă de sarcină de impact, zgomot, erori de poziționare și vibrații.
1. Definiție: Ce este Backlash?
Într-o pereche de angrenaje, jocul este definit cel mai precis ca fiind diferența măsurată de-a lungul liniei de acțiune - sau, în mod echivalent, jocul tangențial la linia de pas - care permite unui dinte să se deplaseze ușor în spațiul dintelui corespondent înainte de a se realiza contactul. Țineți fixă o roată dințată și mișcați-o pe cealaltă, iar unghiul în care aceasta se deplasează liber înainte ca flancurile să se atingă este o expresie directă a jocului prezent.
Aceeași idee se extinde dincolo de angrenaje. Cuplajele, canelurile, șuruburile de ghidare, transmisiile cu cremalieră și pinion și orice conexiune dințată sau cu cheiță prezintă un anumit joc. Punctul crucial este că unele reacții sunt necesare și intenționate: oferă spațiu pentru formarea unui film lubrifiant, permite dilatarea termică a dinților, absoarbe toleranțele de fabricație și împiedică blocarea dinților sub sarcină. Jocul devine un defect doar atunci când depășește valoarea sa de proiectare - moment în care se comportă ca o formă localizată de joc mecanic în interiorul angrenajului.
2. Scop și valori tipice
De ce reacția adversă este încorporată
- Spațiu de lubrifiere: permite formarea unei pelicule de ulei între flancurile încărcate și descărcate ale dinților.
- Expansiune termică: permite prelungirea dinților pe măsură ce cutia de viteze se încălzește la temperatura de funcționare.
- Toleranțe de fabricație: permite asamblarea unei perechi în ciuda micilor variații în grosimea și distanța dintre dinți.
- Previne legarea: asigură că dinții nu se blochează niciodată sub sarcină sau creștere termică, ceea ce ar spori frecarea și căldura.
Valori tipice ale jocului de împingere
- Angrenaje de precizie: 0,05-0,15 mm (0,002-0,006 in).
- Angrenaje industriale: 0,2-0,8 mm (0,008-0,030 in).
- Utilaje grele: 1,0-3,0 mm (0,040-0,120 in).
- Regula generală: aproximativ 0,04-0,08% din distanța dintre centre pentru angrenajele industriale generale.
Acestea sunt puncte de plecare, nu absolute - cifra corectă depinde de modul, clasa de precizie, material și sarcină. Atunci când se proiectează sau se verifică o pereche nouă, este util să se confirme geometria dinților în raport cu un standard de precizie; o calculator angrenaj pinion și corespondentul clasa de precizie a angrenajului facilitează raportarea distanței între centre și a toleranței la o bandă de joc sensibilă.
3. Metode de măsurare
Măsurare directă
- Metoda instrumentului de măsurare: introduceți etaloane între dinți la linia de pas pentru a citi direct diferența.
- Metoda indicatorului de cadran: blocați un angrenaj, balansați celălalt înainte și înapoi și măsurați cursa liberă la raza de pas.
- Coordonarea măsurării: măsurați cu precizie ambele angrenaje și calculați jocul teoretic din grosimea dinților și distanța dintre centre.
- Indicator de joc: instrumente special construite, utilizate pentru verificarea producției sau inspecția pe teren.
Evaluare operațională
- Ascultați dacă se aud zăngănituri sau pocnituri, care semnalează un joc excesiv.
- Observați mișcarea arborelui atunci când sarcina este inversată - o smucitură vizibilă indică joc.
- Măsurarea erorii de poziționare în sistemele servo sau de indexare.
- Utilizați analiza vibrațiilor pentru a dezvălui modelele legate de impact pe care le produce excesul de gene.
4. Probleme cauzate de jocul excesiv
Încărcare cu impact și vibrații
- Atunci când sarcina se inversează, dinții se separă și apoi se lipesc la loc.
- Acest lucru creează sarcini de șoc și vibrații impulsive de fiecare dată când se restabilește contactul.
- Impactul se repetă la rata de inversare a sarcinii, nu neapărat la viteza arborelui.
- Impactul repetat accelerează dintele oboseală și purta.
- Rezultatul este un zgomot caracteristic de lovire sau pocnitură.
Erori de poziționare
- În sistemele servo și echipamentele de poziționare, jocul creează o “zonă moartă” în jurul fiecărei inversări.
- Arborele de ieșire nu reacționează la schimbările mici de intrare până când jocul nu este recuperat.
- Eroarea de poziționare este egală cu valoarea jocului.
- Acest lucru este esențial pentru mașinile-unelte CNC, robotică și instrumentele de precizie.
Zgomot și rigiditate redusă
- Zgomot: zăngănitul cauzat de impactul dinților în timpul fluctuațiilor de sarcină, deosebit de problematic în cazul acționărilor cu sarcină variabilă, și agravarea pe măsură ce uzura mărește diferența.
- Rigiditate redusă a sistemului: jocul introduce complianță în trenul de rulare, reducând viteza efectivă torsiune rigiditatea, degradând performanța buclei de control, iar în sistemele cu reacție poate provoca chiar instabilitatea ciclului limită.
5. Cauze ale jocului excesiv
Uzură normală
- Flancurile dinților se uzează din cauza contactului de alunecare inerent în angrenarea angrenajelor.
- Reacțiile adverse cresc treptat, pe parcursul anilor de serviciu.
- Acesta este modul de uzură așteptat la toate angrenajele.
- Rata depinde de sarcină, de calitatea lubrifierii și de curățenia uleiului.
Uzură accelerată
- Contaminare abrazivă: particulele dure acționează ca un compus de șlefuire, șlefuind flancurile.
- Lubrifiere necorespunzătoare: contactul limită dintre suprafețele metalice accelerează uzura.
- Supraîncărcare: încărcările excesive ale dinților determină o pierdere mai rapidă a suprafeței.
- Nealiniere: încărcarea marginilor de la nealinierea arborelui concentrează uzura pe un capăt al dinților.
Erori de proiectare sau instalare
- Specificație incorectă a distanței centrale.
- Pereche greșită de angrenaje cu profiluri ale dinților nepotrivite.
- Expansiunea termică nu este luată în considerare în mod adecvat.
- Toleranțe de fabricație prea mici.
6. Diagnosticarea jocului cu analiza vibrațiilor
Semnătura vibrațiilor
- Impact: impulsuri ascuțite în formă de undă temporală la fiecare inversare a sarcinii.
- Armonici multiple: sarcina de impact excită o familie largă de armonice mai degrabă decât un singur ton curat.
- În funcție de sarcină: vibrația crește și scade odată cu încărcarea cuplului.
- Componentă independentă de viteză: rata de impact urmează ciclul de variație a sarcinii, nu viteza arborelui.
Distincția reacțiilor adverse de alte defecte
- vs. uzura generală a angrenajului: jocul creează impacturi, în timp ce uzura uniformă creează o suprafață netedă, dar ridicată frecvența de angrenare (GMF) cu benzi laterale.
- vs. ruperea dinților: un dinte rupt produce un impact o dată pe rotație, în timp ce jocul produce mai multe impacturi pe ciclu de sarcină.
- vs. slăbiciune: jocul este intern la angrenaje; slăbiciune trăiește în rulmenți, carcase sau suporturi.
Deoarece semnăturile revelatoare ale jocului, uzurii ochiurilor și slăbiciunii se suprapun, un analizor care captează atât spectrul, cât și forma de undă temporală cu fază este de neprețuit. Pe teren, un instrument portabil cu două canale, cum ar fi Balanset-1A permite unui tehnician să înregistreze forma de undă în timp pe carcasa rulmentului unei cutii de viteze, să identifice inversiunile impulsive care trădează un joc excesiv și să decidă dacă dezechilibrul este real sau nu înainte de deschiderea cutiei de viteze. Identificarea precisă a angrenajului și a benzilor laterale ale acestuia este și mai rapidă cu un calculator frecvență angrenaj.
7. Corecție și gestionare
Metode de ajustare
- Reducerea distanței la centru: apropiați ușor angrenajele, în cazul în care montajul permite acest lucru.
- Reglarea șaibelor: folosiți șaibe pentru a repoziționa angrenajele pentru o angrenare corectă.
- Angrenaje antiretur: angrenaje divizate, încărcate cu arc, care preiau continuu jocul.
- Preîncărcare: aplicați o sarcină mică pentru a menține flancurile dinților în contact permanent (a se vedea preîncărcarea rulmentului pentru principiul analog în cazul rulmenților).
Înlocuire
- Înlocuiți angrenajele uzate odată ce jocul depășește specificațiile.
- Înlocuiți ambele roți dințate împreună, deoarece acestea se uzează ca o pereche asortată.
- Luați în considerare materiale îmbunătățite sau acoperiri de suprafață pentru o mai bună rezistență la uzură.
Cazare operațională
- Evitați inversarea frecventă a sarcinii atunci când procesul o permite.
- Controlați rata de aplicare a sarcinii pentru a atenua impactul.
- Acceptați un anumit joc ca fiind normal - nu strângeți excesiv ochiurile de plasă, ceea ce duce la blocarea și supraîncălzirea acestora.
- În sistemele servo, compensați zona moartă în software-ul de control.
Jocul este o caracteristică necesară a angrenajelor care devine o problemă numai atunci când devine excesiv. Înțelegerea specificațiilor corecte, a tehnicilor solide de măsurare și a simptomelor de vibrații ale unui joc prea mare vă permite să întrețineți cutiile de viteze în mod eficient, să planificați înlocuirile în mod rezonabil și să asigurați o disciplină depanare și monitorizarea stării la problemele recurente de zgomot și vibrații ale mașinilor cu angrenaje.
