Typer av växelenheter och deras tillämpning – Kuggväxlar och kedjeväxlar
Vi presenterar i denna artikel olika typer av växlar och förklarar deras användningsområden. Växelenheter är oumbärliga komponenter i många maskiner och fordon. De möjliggör överföring av vridmoment och varvtal mellan ingående och utgående axel, vilket ger en optimal kraftöverföring.
Typer av kuggväxlar
Kuggväxlar är en vanlig form av kraftöverföring i mekaniska system. Det finns olika typer av kuggväxlar som används beroende på tillämpning och önskad funktionalitet.
Gemensamt för alla uppräknade växeltyper är att deras huvuduppgift är att omvandla motorvarvtal och vridmoment, dvs. att åstadkomma en förändring av motorvarvtal och vridmoment mellan ingång och utgång med hjälp av konstruktionen och de komponenter som används.
- Kuggväxel
- Vinkelväxel
- Snäckväxel
Kuggväxel
Kuggväxlar är en form av rullande växlar och är ett populärt sätt att genomföra ovanstående uppgifter i en applikation på grund av sin enkla design. Axlarna på vilka kuggväxlarna är monterade (med externa eller interna tandsystem) är parallella med varandra. Tandningen av de inkluderade kuggväxlarna utvecklas som raka eller spiralformade tandsystem. I detta fall kan kuggväxlar bestå av en ingående axel och en eller flera utgående axlar. Dessa kallas enstegs- eller flerstegs kuggväxlar.
Kuggväxlar möjliggör vanligtvis ett utväxlingsförhållande på i ≤ 6, vilket dock kan ökas ytterligare med en flerstegsdesign. Dessutom kännetecknas kuggväxlar av kostnadseffektiv tillverkning, hög robusthet och hög verkningsgrad.
Exempel på tillämpning
I denna tillämpning överförs ett arbetsstycke från en transportör till den efterföljande processen genom att arbetsstycket vänds 180° på en annan transportör.
- 1) Först vrider armen arbetsstycket 90°.
- 2) Sedan vrider stavarna gripanordningen 90°.
Klicka här för att läsa mer om denna tillämpning och se den som en animering.
Vinkelväxel
Precis som kuggväxlar tillhör klassiska vinkelväxlar gruppen av rullande växlar. Vinkelväxlar består av ett större koniskt kugghjul som kallas ett kronhjul och ett mindre koniskt kugghjul som kallas en pinjong. I enkla vinkelväxlar konvergerar de koniska spetsarna på kronhjulet och pinjongen i en skärningspunkt. De viktigaste kännetecknen är att axlarna som kugghjulen är monterade på inte är parallella utan i vinkel mot varandra (ofta 90°). Detta gör det möjligt att uppnå en avböjning av den överförda kraften med hjälp av vinkelväxlar.
Denna egenskap är annorlunda om kronhjulet är utformat som ett platt hjul, dvs dess partiella konvinkel är nära 90 °. I detta fall, på grund av de olika omkretshastigheterna, kunde en 90 ° avböjning inte längre uppnås när ett vinkelväxelhjul används som pinjong. Om denna avböjning fortfarande är önskvärd kan kronhjul användas i kombination med enkla kugghjul.
I vissa fall kan det vara nödvändigt att överföra och avleda rotationsrörelser mellan axlar som inte har en gemensam skärningspunkt. Skruvvinkelväxlar (även kallade "hypoidväxlar") kan användas för detta ändamål. I hypoidväxlar ändras pinjongens rullningsbeteende från en rullningsrörelse till en skruvrörelse där tandflankerna glider mot varandra.
Snäckväxel
Snäckväxlar består av en snäcka och ett snäckhjul och tillhör gruppen skruvväxlar. Snäckväxlar kännetecknas av höga utväxlingsförhållanden på upp till i ≤ 40 och har under vissa förhållanden en självlåsande funktion som kan användas för olika tillämpningar.
På grund av den höga glidfriktionen mellan snäckan och snäckhjulet har snäckväxlar dock en lägre effektivitet än andra transmissionstyper. Den höga glidfriktionen innebär också att lämpliga materialkombinationer och effektiv smörjning måste säkerställas när komponenterna väljs.
Exempel på tillämpning
Snäckväxeln och snäckhjulet drivs av motorn och rullen vid axeländen lindar kabeln.
Klicka här för att läsa mer om denna tillämpning.
Tandat bälte och kedjeväxel
En kedjeväxel består av två eller flera kugghjul eller tandade remskivor som är anslutna till varandra med hjälp av en omkretskedja eller tandat bälte. När ett kugghjul (ingångshjul) rör sig sätts kedjan eller tandremmen och därmed även det andra kugghjulet (utgångshjul) i rörelse.
Kedjeväxelns princip möjliggör kraftöverföring över längre avstånd och erbjuder möjlighet att variera hastigheter och vridmoment beroende på kugghjulens storleksförhållanden.
Till exempel:
- Transportsystem: Kedjeväxlar används i industriella tillämpningar för att transportera material över längre avstånd.
- Maskinverktyg: Kedjeväxlar kan användas i verktygsmaskiner för att möjliggöra exakt rörelse eller positionering av arbetsstycken eller verktyg.
Exempel på tillämpning
Ett motordrivet transportsystem som använder ett system av rullar, drivskivor och kuggrem.
- Rullarna drivs av kedjeväxlar – dvs. tandade remmar och tandade remskivor.
- Rullarna är försedda med varsin O-ring för god kontakt med glaskretskortets sidor och hörn.
Klicka här för att läsa mer om denna tillämpning.
Typ av kugghjul
För att förstå de olika typerna av växlar är det viktigt att ta hänsyn till de olika kugghjulstyperna. Nedan diskuterar vi de olika kugghjulstyperna och deras specialfunktioner.
- Kuggväxelhjul
- Växelställ
- Vinkelväxelhjul
- Snäckaxlar
Kompenserande kopplingar är oumbärliga i många fall. De säkerställer en jämn kraftöverföring mellan kugghjulen och kompenserar för eventuella toleranser – detta ökar livslängden på alla komponenter avsevärt.
Kuggväxelhjul
Kuggväxelhjul är den mest använda formen av kugghjul där tandningen ligger på omkretsen av det cylindriska kugghjulet.
Externt tandade kugghjul
Externt tandade kugghjul har externt inriktad omkretstandning. När det gäller två sammankopplade, utvändigt tandade kugghjul ändras rotationsriktningen när rotationsrörelsen överförs från det drivande kugghjulet till det drivna kugghjulet.
Internt tandade kugghjul
För internt tandade kugghjul, även kallade ihåliga kugghjul, är omkretstandningen inpassad internt.
Vid kombination av ett invändigt tandat kugghjul med ett utvändigt tandat kugghjul ändras inte det drivna kugghjulets rotationsriktning, till skillnad från kombinationen av två utvändigt tandade kugghjul.
Den speciella utformningen kan också ge ett utrymmesbesparande kugghjulsarrangemang genom att minska det axiella avståndet. En annan speciell egenskap hos den inre tandningen är den konkava utformningen av tandflankerna, vilket ökar kontaktytan och därmed minskar slitaget i kombination med konvex tandning.
Växelställ
Växelställ kan betraktas som en speciell form av kugghjul, som har en bredd av valfri storlekar. De består av ett ställ till vilket en tandning utan krökning är fäst. Växelställ översätter rotationsrörelsen hos en externt tandad kuggväxel till en linjär rörelse.
Det omvända fallet är också möjligt: Växelställ översätter sin linjära rörelse till en rotationsrörelse hos ett externt tandat kugghjul.
Exempel på tillämpning
För lyft och sänkning av flera lyftar med en luftcylinder.
I den här applikationen behövs endast en drivenhet för att flytta flera lyftar samtidigt i en kontinuerlig drift (upp och ner).
- 1) Den utrymmesbesparande luftcylinderenheten (gul, längst till höger på bilden) utför en linjär rörelse och flyttar rackväxeln framåt och bakåt.
- 2) Växelställets (pinjongens) linjära rörelse flyttar de främre kugghjulen.
- 3) De främre kugghjulen utför en rotationsrörelse och överför kraften till de bakre kugghjulen med hjälp av axlar.
- 4) De bakre kugghjulen går in i lyftarnas bakre kuggväxel. De omvandlar sin rotationsrörelse tillbaka till en linjär rörelse.
Klicka här för att läsa mer om denna tillämpning och se den som en animering.
Vinkelväxelhjul
Nivåer för koniska växlar har en konisk design, där tandningen är placerad på konens utsida (yttre yta).
Tandningen på koniska kugghjul kan utformas som rak eller spiralformad tandning.
Snäckaxlar
Snäckaxlar (korta "snäckor") förekommer tillsammans med snäckhjul i snäckväxlar. Snäckaxeln har en spiralformad gänga som griper in i snäckhjulets tandning.
Snäckväxlar kännetecknas av höga utväxlingsförhållanden och kan ha en självlåsande funktion under vissa förhållanden, som kan användas för olika tillämpningar. På grund av den höga glidfriktionen mellan snäckan och snäckhjulet har snäckväxlarna dock en lägre effektivitet än andra typer av växelenheter.
Snäckaxeln är en modifiering av den spiralformade tandningen, där en eller flera spiraltänder (kuggar) förs in i skaftet.
Tandtyper
Tandtypen har stor betydelse för växellådans verkningsgrad och de krafter som uppstår under drift i senare applikationer. Beroende på tillämpningen kan olika former av tandning vara det bästa sättet att välja.
- Rak tandning
- Spiraltandning
- Dubbel spiraltandning
Rak tandning
Den raka tandningen är den enklaste typen av tandningsalternativ, där tänderna vid kugghjul är anordnade parallellt med kugghjulets rotationsaxel. Denna form av tandning är billig i produktion och representerar en utbredd tandningsvariant.
Vid rak tandning är upp till tre tänder samtidigt i ingrepp med ett mothjul, som fördelar belastningen på flera tänder. Vid raktandade kugghjul griper hela bredden på tandflanken in samtidigt när drivkrafterna överförs, vilket gör att ljudutvecklingen och slitaget blir högre än vid spiralformad tandning.
Spiraltandning
Vid spiraltandning (t.ex. spiralformigt kugghjul) är tänderna i vinkel mot kugghjulets rotationsaxel. Detta ökar kontaktförhållandet, dvs. förhållandet mellan kontaktlängden och kugghjulets lutning. Detta har en positiv effekt på den smidiga löpningen och slitstyrkan, vilket gör att högre hastigheter kan uppnås.
Jämfört med rak tandning är denna konstruktion dyrare i produktion och de axiella krafter som uppstår under drift måste tas upp.
En speciell form av spiralformad tandning är den böjda tandningen. Förutom vinkelarrangemanget beskriver de enskilda tänderna ett krökt förlopp längs tandens mitt, vilket åtföljs av en ytterligare ökning av kontaktförhållandet och de därmed sammanhängande fördelarna.
Dubbel spiraltandning
Vid dubbel spiraltandning (även kallad fiskbenstandning eller dubbel helixtandning) är kugghjulets omkrets uppdelad i en vänster och en högerhalva.
Denna komplexa konstruktion är förhållandevis dyr i tillverkningskostnad, men kombinerar fördelarna med de ovan nämnda tandningsvarianterna, vilket möjliggör en hög nivå av jämn gång och slitstyrka.
