Principes de mise en page et expérience pratique des systèmes de transmission à engrenages d'arbre à plusieurs étages non parallèles
Les engrenages à arbre à plusieurs étages non parallèles, y compris les formes de transmission spatiales telles que les engrenages à flèche, les engrenages hélicoïdaux croisés et les engrenages à ver, sont largement utilisés dans les équipements mécaniques industriels.Le noyau de sa conception est d'équilibrer la fiabilité de la transmission, la compacité structurelle et l'économie de processus.Il est nécessaire de suivre les principes de conception normalisés et de combiner l'expérience pratique en ingénierie pour éviter les risques communsLe présent document définit systématiquement les principes de base de la mise en page,expérience pratique en ingénierie et schémas de mise en page typiques du système, qui offre à la fois des conseils théoriques et une fonctionnalité pratique.
1Principaux principes de mise en page
1.1 Principes de répartition du ratio de transmission
Étapes raisonnables, petites à l'avant et grandes à l'arrièreL'étape à grande vitesse (près de l'extrémité d'entrée de puissance telle que le moteur) adopte un rapport de transmission plus faible,et le stade à basse vitesse adopte un plus grand. Un faible rapport de transmission au niveau de la vitesse peut réduire la vitesse de rotation et la charge inertielle, évitant ainsi l'usure excessive des engrenages de la vitesse;un rapport de transmission élevé au basse vitesse peut répondre à la demande totale de transmission et correspondre à la condition de fonctionnement à couple élevé à basse vitesse.Valeur de référence conventionnelle basée sur des normes de conception mécanique: le rapport de transmission i du train à courbes droit à un étage ≤ 5, du train à courbes spirales à un étage ≤ 8, du train à hélices croisées ≤ 8,et l'engrenage à ver à un seul étage est de 10~80 (réduit à 8~60 dans des conditions de lourde charge)L'allocation du rapport de transmission total à plusieurs étages doit éviter un rapport à un seul étage trop élevé pour éviter une résistance insuffisante des engrenages et une vibration accrue.
Une même force, Prolong Service LifeThe contact strength and bending strength allowances of each stage gear pair should tend to be consistent to avoid premature failure of a certain stage gear due to load concentrationPar exemple, si le rapport de transmission total de trois étapes i_total = 60, il peut être attribué comme i1=3, i2=4, i3=5 pour réaliser une répartition uniforme de la charge à tous les stades.
Adaptés aux conditions de travail, les systèmes de servo-régulation flexible ou de transmission de précision doivent respecter le principe de l'inertie de rotation minimale.et le rapport de transmission de l'étape à grande vitesse devrait être plus petit pour améliorer la réponse dynamique du système; pour les systèmes de transmission lourds et à basse vitesse, le rapport de transmission de l'étage à basse vitesse peut être augmenté de manière appropriée pour réduire le diamètre de l'arbre et la taille du roulement et les coûts de contrôle.
1.2 Principes de l'échafaudage et de la disposition spatiale
Correspondance d'axe, direction de rotation contrôlableClarifier l'angle compris dans l'axe de chaque étape (Σ=90° est l'angle compris standard le plus couramment utilisé),contrôler la direction de rotation de l'arbre de sortie par la combinaison de la direction de l'hélice d'engrenage et du nombre de dents, et essayez d'éviter d'ajouter des engrenages supplémentaires pour réduire les pertes de transmission et l'occupation de l'espace.
Flux d'énergie en douceur, pas d'interférencesPour la disposition en série en plusieurs étapes, la disposition des axes doit assurer la transmission du flux d'énergie dans une seule direction,éviter un moment de flexion supplémentaire et une charge alternée sur le roulement, ce qui peut entraîner une déformation de l'arbre ou des dommages précoces au roulement.
L'équipement doit être conçu de manière à ce qu'il ne soit pas trop lourd pour les roulements.Les engrenages hélicoïdaux croisés doivent raisonnablement correspondre à l'angle d'intersection de l'hélice et de l'arbre pour réduire la distance du centre; les engrenages de ver sont de préférence disposés en forme inférieure (ver sous l'engrenage de ver) afin d'assurer une lubrification suffisante,et les types montés sur le dessus ou sur le côté peuvent être sélectionnés pour les scénarios à grande vitesse et à lourde charge afin de réduire les pertes de frottementDans l'intervalle, la paire d'engrenages doit être placée entre deux roulements pour éviter un porte-avions trop long.L'arbre en porte-à-faux doit être épaissie ou ajouté avec un support auxiliaire pour améliorer la rigidité de l'arbre.
Adapté à l'ensemble de la machine, intégration facileLa position relative (verticale, croisée, décalée) de l'arbre d'entrée/sortie doit correspondre à l'espace global de l'équipement,et les angles inclus standard (90°), 45°) sont préférables pour réduire la difficulté de traitement et d'assemblage sur mesure.
1.3 Principes de l'équilibre de la force et de la charge
Décalage raisonnable de la force axialePour les engrenages en spirale, la direction de l'hélice peut être ajustée pour que la force axiale pointe vers le centre de la portée du roulement, réduisant ainsi la déformation de l'arbre;dans des séries à plusieurs étapes, les forces axiales des étages adjacents doivent être aussi opposées que possible pour se compenser, réduisant la charge du roulement et prolongant sa durée de vie.
Évitez la charge excentrique, contrôlez la précision d'alignement Contrôlez strictement la précision d'alignement de la paire d'engrenages conformément aux exigences de la norme de précision des engrenages GB/T 10095.1-2008.Les engrenages à béton doivent assurer la coïncidence du sommet du cône, et l'erreur d'angle compris dans l'axe est généralement réglée à ±10′~±30′ (réglée en fonction du degré de précision) pour éviter l'usure locale des engrenages et la rupture des dents causée par la concentration de charge.Le stade à basse vitesse transmet un couple important, il doit donc être disposé près de l'extrémité de sortie, et le diamètre de l'arbre et la taille du roulement doivent être augmentés de manière synchrone pour améliorer la capacité de roulement.la conception du diamètre de l'arbre doit satisfaire aux exigences du contrôle de la résistance à la torsion et de la rigidité.
1.4 Principes de lubrification, de dissipation de chaleur et de contrôle de précision
méthode de lubrification adaptée aux conditions de travailLa lubrification par éclaboussure peut être adoptée pour les transmissions à vitesse moyenne et basse (vitesse linéaire v< 10 m/s, applicable aux engrenages bissextiles et aux engrenages hélicoïdaux croisés),et le niveau d'huile doit être contrôlé à 1/3~1/2 du rayon de l'engrenage le plus bas; la lubrification par injection d'huile sous pression est requise pour les transmissions à grande vitesse (v≥10 m/s) et à grande charge, la pression d'injection d'huile étant réglée à 0,15 à 0.3 MPa pour assurer une alimentation suffisante en huile dans la zone de mise en maille.Pour la transmission des engrenages à ver, la lubrification par éclaboussures peut être utilisée pour le type monté en bas, et la lubrification par injection d'huile sous pression est requise pour le type monté en haut.La température de l'huile ne doit pas dépasser 80°C (90°C en conditions de lourde charge) pour éviter une défaillance de la lubrification., conformément à la spécification de lubrification des engrenages GB/T 30582-2014.la lubrification par brouillard d'huile peut être adoptée pour améliorer davantage la fiabilité de la lubrification et l'effet de dissipation de chaleur.
Renforcer la dissipation de chaleur, assurer l'équilibre thermiqueL'efficacité de transmission des puits non parallèles est légèrement inférieure à celle des puits parallèles.l'efficacité de transmission des engrenages en forme de cône (classe de précision 5~8) est de 95%~98%, et celle des engrenages à ver (ver à tête unique) est de 70% à 90% (peut être augmentée à 85% à 95% pour les vers à plusieurs têtes).La structure de la boîte doit être conçue de manière raisonnable avec des nageoires de dissipation de chaleur,tuyaux d'huile de refroidissement ou ventilateurs ajoutés. The area of heat dissipation fins should be determined according to temperature rise calculation to avoid excessive temperature rise (usually controlled within 40℃) leading to gear scuffing and pitting, conformément à la spécification GB/T 14039-2002 relative à la hausse de température des dispositifs de transmission des engrenages.La transmission traditionnelle de l'engrenage à ver a une génération de chaleur évidente en raison de la vitesse de glissement élevée de la surface de la dent de maillage, la conception de la dissipation thermique devrait donc être renforcée de manière significative.
Conformité de précision, contrôle des vibrations et du bruitConformément à la norme GB/T 10095.1-2008, la précision des engrenages de l'étape à grande vitesse est sélectionnée comme classe 5 à 6, celle de l'étape à basse vitesse comme classe 7 à 8.et la transmission de précision (comme le servosystème) comme grade 4~5; la précision des engrenages à virage bissextile fin doit également faire référence aux prescriptions de GB/T 10225-2025.La fréquence naturelle de chaque étape d'arbre doit éviter la vitesse de travail (avec une marge de sécurité de 1.2 à 1.4 fois réservé), et la résonance doit être évitée par analyse modale.charge légère et moyenne, qui peut tamponner l'impact; surface de dent dure moyenne (350 à 450 HBW) convient à des charges moyennes et hautes, moyennes et lourdes; surface de dent dure (dureur > 450 HBW,carburé et éteint) est sélectionné pour les scénarios à grande vitesse et à lourde charge afin d'améliorer la capacité de roulementLes alliages de haute résistance tels que le 20CrMnTi sont préférés pour les matériaux d'engrenage, conformément aux exigences des normes de conception des matériaux d'engrenage.
1.5 Principes d'assemblage, de maintenance et de procédé
Facile d'assemblage et de réglageLa carrosserie de la boîte est de préférence de type divisé (divisé horizontalement ou verticalement) pour faciliter l'installation, l'alignement et le réglage de la paire de vitesses;la paire d'engrenages coniques doit être équipée de joints d'ajustement axiaux pour contrôler avec précision l'écart de maille et la zone de contact.
Facile d'entretien, réduit les coûts et améliore l'efficacité Les roulements et les joints sont disposés dans des positions faciles à démonter.bouchon d'écoulement d'huile et bouchon de respirateur, et les fenêtres de détection sont réservées aux parties clés pour faciliter l'inspection et l'entretien quotidiens.les modèles d'angle d'intersection de l'arbre et de roulement sont préférés pour réduire le coût du traitement et des pièces de rechange.
2- Expérience pratique en ingénierie
2.1 Expérience pratique en matière d'allocation du ratio de transmission
Lorsque le rapport de transmission total est supérieur à 80, il est préférable de préférer l'engrenage à ver + engrenage à flèche,lorsque le train à ver prend en charge la tâche principale de décélération et que le train à virage est responsable du changement de direction, en évitant l'accumulation d'erreurs d'axe causées par des séries d'engrenages en cône à plusieurs étages; lorsque le rapport de transmission total est de 30 à 80,la combinaison engrenage bissextile + engrenage cylindrique peut être adoptée pour équilibrer le changement de direction et la capacité de roulement.
Dans la conception réelle, si le rapport de transmission à un seul étage doit dépasser la plage conventionnelle (par exemple, engrenage conique droit i=6~7),la résistance insuffisante doit être compensée par une augmentation du module d'engrenage, en adoptant une surface dentaire dure, en renforçant la rigidité de l'arbre, etc.la force de contact des engrenages et la force de flexion doivent être vérifiées pour éviter une usure prématurée du pignon, conformément à la norme de calcul GB/T 3480.1-2018 pour la capacité de roulement des engins.
Dans le système de servo, le rapport de transmission de l'étage à grande vitesse ne doit pas être trop élevé (généralement i≤4), sinon l'inertie de rotation de l'arbre à grande vitesse augmentera,réduire la vitesse de réponse du système et même affecter la précision du contrôle.
2.2 Expérience pratique de la mise en page des puits
Si l'espace de l'équipement est limité et que l'on a besoin d'un dispositif en porte-à-faux, il convient d'éviter autant que possible de placer les engrenages en porte-à-faux en porte-à-faux.la longueur en porte-à-faux ne doit pas dépasser 3 fois le diamètre de l'arbreDans le même temps, le diamètre de l'arbre doit être épaissi ou un support auxiliaire ajouté, et le diamètre de l'arbre doit satisfaire au contrôle de rigidité (déflexion ≤ 0.01 mm) pour éviter une mauvaise maillage causée par la déformation de l'arbre, conformément à la norme de rigidité de conception des arbres.
Dans les engrenages hélicoïdaux croisés, l'angle d'hélice est généralement de 15° à 30°, et l'angle d'intersection de l'arbre est de préférence de 90°, ce qui peut réduire la force axiale et améliorer la stabilité du maillage;si la direction de rotation de l'arbre de sortie doit être ajustée, il peut être réalisé en changeant la direction de l'hélice d'un engrenage de stade sans ajouter d'engrenages au ralenti.
Pour la disposition des engins à vers, si le type monté en bas est adopté, la hauteur du niveau d'huile doit être contrôlée pour éviter une perte excessive de mélange causée par une trop grande immersion du vers;si le type monté en haut est sélectionné pour les scénarios à grande vitesse et à lourde charge, un dispositif de lubrification forcée doit être ajouté pour assurer un approvisionnement suffisant en huile dans la zone de maillage.
2.3 Expérience pratique en force et lubrification
Si les forces axiales des étages adjacents ne peuvent pas être complètement compensées dans une transmission à plusieurs étages,les roulements ayant une capacité de roulement plus élevée (tels que les roulements à billes angulaires et les roulements à rouleaux coniques) doivent être sélectionnés;, and the bearing life should be calculated in accordance with GB/T 6391-2010 Calculation Standard for Rolling Bearing Life to ensure that the bearing life is not lower than the expected service life of the equipment and avoid bearing failure due to excessive load. Pour les scénarios à grande vitesse et à forte charge, des roulements de haute précision et de haute fiabilité doivent être sélectionnés pour répondre aux exigences de fonctionnement de l'équipement.
Le choix de l'huile de lubrification doit correspondre aux conditions de travail de la transmission, conformément à GB/T 30582-2014:l'huile d'engrenage à haute viscosité (ISO VG 220~460) est sélectionnée pour les engrenages à basse vitesse et à lourde charge (facteur de charge K≥1);.8), et huile d'engrenage à faible viscosité (ISO VG 68~150) pour les engrenages à grande vitesse et à charge légère (facteur de charge K<1,2); special worm gear oil (containing extreme pressure and anti-wear additives) must be used for worm gear transmission to avoid insufficient lubrication and intensified tooth surface wear caused by ordinary gear oil, ce qui est particulièrement important dans les équipements avec une forte proportion de transmission de l'engrenage de ver.
La conception de la boîte doit assurer un débit d'huile sans accumulation dans les zones mortes d'huile et un canal de retour d'huile doit être installé pour éviter une détérioration oxydative causée par la rétention d'huile à long terme;dans des environnements à haute température, une couche d'isolation thermique peut être ajoutée à l'extérieur de la boîte pour améliorer l'effet de dissipation thermique.
2.4 Problèmes courants et méthodes d'évitement
Bruit anormal des treillis d'engrenages et vibrations excessives: principalement causé par une erreur d'alignement excessive de l'axe, une réaction de contre-réaction déraisonnable des treillis ou une rigidité insuffisante de l'arbre.Expérience:Contrôler strictement la coaxialité du trou de roulement de la boîte et l'axe comprenant la tolérance d'angle pendant l'assemblage; contrôler avec précision la réaction de maillage par des joints de réglage; augmenter le diamètre de l'arbre ou régler des raideurs pour améliorer la rigidité de la boîte et de l'arbre.
Dommages prématurés au roulement: principalement causés par la superposition des forces axiales, une mauvaise lubrification ou une déviation de l'installation.Expérience:Optimiser l'allocation du rapport de transmission pour compenser une partie de la force axiale; vérifier régulièrement le niveau d'huile et l'état de l'huile de lubrification et le remplacer à temps; assurer la précision du roulement par rapport à l'arbre et au siège du roulement pendant l'installation.
Les engrenages se creusent et se frottent: principalement causés par la concentration de la charge, une température excessive de l'huile ou une défaillance de la lubrification.Expérience: contrôler la précision de l'alignement des engrenages pour éviter une charge excentrique;renforcer les mesures de dissipation de chaleur pour contrôler la température de l'huile; sélectionnez une huile de lubrification adaptée aux conditions de travail afin d'assurer un approvisionnement suffisant en huile dans la zone de maillage.
Maintenance difficile: principalement causée par une conception déraisonnable de la structure de la boîte et par la difficulté de démontage des roulements et des engrenages.Expérience: adopter une carrosserie de boîte divisée et un espace de démontage de réserve;adopter une structure amovible pour les composants clés (tels que les roulements) afin d'éviter le démontage intégral; mettre en place des fenêtres d'inspection pour faciliter la détection quotidienne.
3. Résumé
L'aménagement des engrenages à arbre à plusieurs étages non parallèles devrait être fondé sur des principes et complété par l'expérience,qui répond non seulement aux exigences des performances de transmission, résistance et précision, mais tient également compte de la commodité de l'assemblage et de l'entretien et du contrôle des coûts.il est nécessaire de régler de manière flexible en fonction des conditions de travail de l'équipement, la taille de l'espace, la charge et d'autres facteurs, tout en évitant les malentendus de conception courants, afin d'assurer le fonctionnement stable et efficace du réseau de transport à long terme.