Conicitate elicoidală
Coroane

O roată conică spiralată este o roată conică ale cărei dinți sunt tăiați de-a lungul unei căi curbate, oblice pe suprafața conului roții — spre deosebire de dinții radiali drepți ai unei roți conice drepte. Dintele curbat produce o angrenare graduală, suprapusă a dinților mai degrabă decât un contact brusc pe o linie, ceea ce conferă roților conice spiralate avantajele lor caracteristice: capacitate de încărcare mai mare, zgomot mai redus și funcționare mai lină. Sunt utilizate oriunde trebuie transmisă putere între arbori intersecți — aproape întotdeauna la 90°, deși sunt posibile și alte unghiuri.

Ambele tipuri transmit putere între arbori intersecți și au aceeași geometrie conică. Diferența constă în forma dinților: roțile conice drepte au dinți care indică direct spre vârful conului — simple de fabricat, dar mai zgomotoase și cu o capacitate de încărcare mai mică. Roțile conice spiralate au dinți curbați, oblice, care se angrenează gradual, oferindu-le o capacitate de încărcare cu 20–40% mai mare pentru aceeași dimensiune, zgomot mult mai redus (de obicei cu 10–15 dB mai silențioase) și o capacitate mai mare a vitezei pe linia de pas. Compromisul este o complexitate de fabricație mai mare și necesitatea unui rulment de împingere pentru a gestiona sarcina axială generată de unghiul spiralat.

Unghiul spiralat (β) este unghiul dintre traseul dintelui la conul de pas și un generator al conului de pas. Acesta determină gradul de oblicitate al dinților. Unghiul spiral standard este 35° în angrenajele sistemului Gleason — o valoare care echilibrează capacitatea de încărcare, forța axială și fabricabilitatea. Unghiurile spirale mai mari cresc raportul de contact (funcționare mai lină), dar cresc și forța axială. Unghiurile de la 25° la 45° sunt comune; sistemul Gleason utilizează un unghi spiral mediu de 35° ca implicit pentru majoritatea proiectelor auto și industriale.

"Gleason" se referă la sistemul de geometrie a dinților dezvoltat de Gleason Works (Rochester, NY) pentru angrenaje conice și hipoide — standardul dominant în angrenajele auto și industriale la nivel mondial. Angrenajele conice spirale Gleason utilizează un proces de frezare frontală care generează o adâncime conică a dintelui (Duplex Taper), cu conicitatea dintelui potrivită între roata de coroană și pinion. Sistemul Gleason definește toți parametrii: raza frezei, unghiul spiral, unghiul de presiune, tipul conicității dintelui și metodele de calcul pentru contactul dinților. Un sistem alternativ este Klingelnberg (Palloid), care utilizează un proces continuu de frezare frontală, producând o adâncime uniformă a dintelui.

Ambele arată similar, dar diferă în geometria arborelui: angrenajele conice spirale au axe intersecțioase — axa pinionului și axa roții de coroană se intersectează într-un punct. Roți conice hypoid au axe decalate (neintersectate, neparalele) — axa pinionului este decalată sub (sau deasupra) axei roții de coroană. Angrenajele hipoide permit ca pinionul să fie mai mare și mai rezistent pentru aceeași dimensiune a roții de coroană, permit ca arborele de transmisie să fie mai jos (utilizat în majoritatea punților spate auto pentru o înălțime mai mică a podelei) și pot suporta mai multă sarcină, dar sunt mai puțin eficiente din cauza acțiunii de alunecare și necesită ulei de angrenaj pentru presiuni extreme (EP). Angrenajele conice spirale sunt mai simple, mai eficiente și preferate atunci când decalajul axei nu este necesar.

Angrenajele conice spirale sunt soluția standard oriunde puterea trebuie să-și schimbe direcția între arbori intersecțioși: automotiv diferențiale, cutii de transfer și prize de putere (PTO); aeronautic cutii de viteze accesorii și acționări pentru actuatoare de elicoptere; marin sisteme de direcție și acționări pentru propulsoare; industria grea acționări cu unghi drept pentru mixere, convectoare și mașini de frezat; startup de robotică articulații de încheietură și sisteme de pan-tilt pentru camere; și agricultură cutii de transfer de putere. Orice aplicație care combină cuplu mare, viteză moderată spre mare și o configurație cu arbore intersectat este un candidat natural.

Principalele avantaje față de angrenaje drepte cu con: capacitate de încărcare mai mare (20–40% mai mult pentru același dimensiune — contactul suprapus al dinților distribuie mai bine sarcina); zgomot și vibrații mai reduse (angrenajele cu con elicoidal se angajează treptat, de obicei cu 10–15 dB mai silențios); viteza liniei de pitch mai mare (angrenajele drepte cu con sunt limitate la aproximativ 5 m/s; angrenajele cu con spiralate funcționează lin și peste 40 m/s); transmiterea mai lină a cuplului — fără încărcare de impact; și durată de viață mai lungă sub încărcare ciclică. Principalele compromisuri sunt costuri de fabricație mai mari și sarcini axiale de avans care necesită rulmenți de sprijin.

Principalele limitări sunt: complexitate și costuri de fabricație mai mari — tăierea necesită mașini specializate Gleason sau Klingelnberg, nu mașini obișnuite de frezat; sarcină axială de avans — unghiul spiral generează o componentă semnificativă de forță axială care trebuie absorbită de rulmenții de sprijin, adăugând complexitate carcasei; sensibilitatea modelului de contact — distanța de montare precisă și preîncărcarea rulmenților sunt critice, deviațiile modifică modelul de contact și reduc durata de viață a angrenajului; sensul spiralului contează — pinioanele cu sens invers nu sunt interschimbabile; și lăcuirea este adesea necesară pentru aplicații auto pentru a optimiza modelul de contact, adăugând un pas în proces.

Modelul de contact este zona de pe fața dinților unui angrenaj conic care transmite efectiv sarcina în timpul cuplării. Este vizualizat prin aplicarea unui compus de marcaj subțire pe dinți și rularea perechii de angrenaje sub sarcină ușoară — compusul se transferă pe dintele de cuplare, dezvăluind zona de contact. Un model de contact ideal este centrat pe fața dinților, ușor biasat spre vârful (capătul mic) sub fără sarcină, și se deplasează spre călcâi (capătul mare) sub sarcină completă. Modelele care sunt prea aproape de vârful sau călcâiul concentrează stresul și cauzează uzură prematură sau oboseală. Verificarea modelului de contact este o etapă obligatorie în inspecția de ieșire a HXC pentru toate comenzile de angrenaje conice.

Sensul spiralului descrie direcția în care curbura dinților traversează fața conului. Privit din spatele angrenajului, dreapta (RH) curba dinților în sensul acelor de ceasornic, departe de vârf; stânga (ST) curba dinților în sensul invers acelor de ceasornic. O pinionă cu sens dreapta se îmbină întotdeauna cu o roată dințată cu inel cu sens stâng și vice versa — nu sunt interschimbabile. Sensul spiralului determină, de asemenea, direcția forței de tracțiune axială: sub sarcină de conducere, o pinionă cu sens dreapta generează tracțiune departe de vârf. Acest lucru trebuie specificat pe desen și compatibil cu aranjamentul rulmenților. Mașinile HXC pot produce ambele sensuri la comandă; vă rugăm să specificați pe desenul sau solicitarea dvs.

Cele mai comune unghiuri de presiune în roțile dințate conice spiralate Gleason sunt 20° și 22,5°. Un unghi de presiune de 20° este standard pentru majoritatea roților dințate industriale și auto. Un unghi de presiune de 22,5° crește rezistența rădăcinii dinților și reduce tendința de subtăiere a rădăcinii dinților la numere mici de dinți. 20° este implicit la HXC; 22,5° și 25° sunt disponibile la cerere. Unghiurile de presiune mai mari cresc forța normală asupra dinților (și, prin urmare, sarcinile asupra rulmenților), dar permit dinți mai scurți și mai rezistenți. Unghiul de presiune trebuie să fie compatibil între pinion și roată dințată cu inel — nu pot fi amestecate.

Roțile dințate conice spiralate pot fi produse în aproape orice raport, dar intervalul practic pentru raporturi cu un singur etaj variază de la 1:1 până la aproximativ 8:1. Raporturile peste 8:1 sunt posibile, dar pinionul devine foarte mic, cu puține dinți, ceea ce îl face slab din punct de vedere structural; de obicei, se preferă o configurație cu două etaje peste 8:1. Intervalul cel mai comun este 1,5:1 până la 5:1. La raportul de 1:1 (roți dințate conice cu unghi drept) ansamblul este simetric și ambele roți sunt identice — foarte frecvent în acționări pentru instrumente și brațe robotice. HXC poate calcula numărul optim de dinți pentru orice raport necesar; specificați pur și simplu raportul și viteza axului în solicitare.

O roată conică cu unghi drept este pur și simplu o roată conică cu raport 1:1 — ambele roți sunt de aceeași dimensiune și au același număr de dinți. Sunt folosite pentru a schimba direcția axului cu 90° fără a modifica viteza. Deoarece ambele roți sunt identice, un ansamblu de roți conice cu unghi drept este cel mai economic design de conicitate (un SKU în loc de două). Pot fi forme drepte, spiralate sau zerol. Roțile conice spiralate oferă aceleași avantaje de zgomot și capacitate de încărcare ca și celelalte roți conice spiralate și sunt frecvent utilizate în acționări la unghi drept pentru instrumentație, robotică și cutii de viteze industriale compacte.

Roțile conice Zerol sunt un caz special: au dinți curbați precum roțile conice spiralate, dar un zero înseamnă unghi de spirală — dinții se curbează pe față, dar sunt tangent la generatorul conului de pitch la punctul median. Aceasta înseamnă că roțile conice Zerol au fără sarcină axială netă de împingere (un avantaj față de roțile conice spiralate), păstrând în același timp angajamentul gradual al dinților și zgomotul mai redus al dinților curbați (un avantaj față de conicile drepte). Compromisul este o capacitate de încărcare mai mică decât roțile conice spiralate de aceeași dimensiune, deoarece raportul de contact este mai mic. Roțile conice Zerol sunt utilizate în principal în accesorii pentru aeronave și transmisii de instrumente, unde eliminarea forței axiale este mai importantă decât maximizarea capacității de încărcare.

Pentru cea mai lungă durată de contact și rezistență la oboseală de îndoire — transmisii auto și industriale — oțel tratat termic 20CrMnTi (carburizat până la HRC 58–62) și 18CrNiMo7-6 sunt alegerile standard ale industriei, ambele supuse tratamentului termic și apoi șlefuite conform DIN 5–6. Pentru transmisii industriale robuste de colț drept, 42CrMo4 preferabil tratament termic până la HRC 50–55. Pentru medii marine și corozive, Oțel inoxidabil SUS316L cu pasivare. Pentru aerospace cu greutate critică, Ti-6Al-4V or Al 7075-T6. Pentru transmisii cu sarcină redusă, transmisii cu unghi drept cu zgomot redus, cupru C36000 or POM asortat cu un antrenor din oțel reduce semnificativ zgomotul.

Furnizați cât mai mult posibil din următoarele: modul (sau pitch diametral), numărul de dinți pe pinion și angrenajul de cutie (sau raportul necesar), unghiul axului (de obicei 90°), mână de spirală (pinion LH sau RH), unghiul de presiune (20° dacă nu se specifică), lățimea feței, distanta de montare și unghiul din spate, clasa de calitate (clasa DIN), material, tratament termic și duritate, cerința pentru finisajul suprafeței, și cantitate. O foaie de rezumat Gleason sau fișier STEP cu date despre dinți este ideal. Dacă aveți doar un raport și o cerință de putere, inginerii noștri pot calcula geometria completă — doar furnizați viteza arborelui, cuplul și constrângerile de înveliș.

Jocul în roțile dințate conice este spațiul liber dintre fațetele dinților ne-motorizați ale unui cuplu de dinți care se angajează, măsurat la cercul de pitch în planul normal. Este ajustat în timpul asamblării prin șuruburi de ajustare arborele sau inelul de angrenare axial, nu șlefuit în dinții individuali — de aceea, jocul montat este specificația relevantă, mai degrabă decât toleranțele individuale ale dinților. Valorile tipice ale jocului pentru un set de roți dințate conice spiralate de modul 3 pentru automobile sunt 0,08–0,18 mm; pentru un set de instrumente de precizie modul 1,5, 0,02–0,06 mm. DIN 3967 definește clasele de toleranță pentru joc. Pentru seturi compatibile, HXC poate verifica jocul asamblat pe testerul nostru de roți dințate și poate furniza o recomandare pentru grosimea șurubului de ajustare.