Johdatus kierukkavaihteistoon

Kierukka- ja kierukkavaihteistoa käytetään yleisesti liikkeen ja tehon siirtämiseen kahden risteävän akselin välillä. Välitasossa kierukka- ja kierukkavaihde ovat analogisia hammaspyörän ja hammastangon kanssa, ja kierukka muistuttaa muodoltaan ruuvia. Joten mikä on mato- ja matovaihteiston toimintaperiaate?

Tyypillisessä kierukkamekanismissa akselit leikkaavat 90 asteen kulmassa, jolloin kierukka on yleensä käyttökomponentti. Ulkoisesti mato muistuttaa pulttia, kun taas kierukkapyörä on samanlainen kuin kierukkamainen sylinterimäinen hammaspyörä. Käytön aikana kierukkapyörän hammaspyörän hampaat liukuvat ja pyörivät kierukkamaista pintaa pitkin. Hammaspyörän hampaiden välisen kosketuksen parantamiseksi kierukkapyörä on tehty hampaan leveyssuunnassa kaaren muotoiseksi, joka sulkee sisäänsä matoa. Tällä tavalla madon ja kierukkapyörän yhteenliittyminen on pikemminkin linjakosketus kuin pistekosketus.

Kierukkavaihteisto koostuu kierukkavaihteesta ja kierukkavaihteesta, ja kierukka on yleensä käyttökomponentti. Aivan kuten kierteissä, matoissa voi olla oikea- tai vasenkätisiä spiraaleja, ja matosiirtoja kutsutaan oikea- tai vasenkätiseksi matokäytöksi. Kierukkaa, jossa on yksi kierre, kutsutaan yksikäynnistysmatoksi, mikä tarkoittaa, että yksi täysi kierros kierukkaa johtaa kierukkapyörän kääntymiseen yhden hampaan verran. Jos matossa on kaksi kierrekierrettä, sitä kutsutaan kaksoiskäynnistysmatoksi, joten yksi täysi kierros kierukkaa johtaa kierukkapyörän kääntymiseen kahdella hampaalla.

Kierukkavaihteiston ominaisuudet:

Suuri välityssuhde:Ne voivat saavuttaa erittäin suuren välityssuhteen ja ovat kompaktimpia verrattuna risteäviin akselin kierrevaihteistomekanismeihin.

Linjan yhteyshenkilö:Kiinnittyvien hampaiden pinnoilla on linjakosketus, mikä tarjoaa paljon suuremman kuormituskyvyn kuin risteävät akselin kierrevaihteistot.

Sujuva toiminta:Kierukkavaihteistot vastaavat kierteisiä voimansiirtoja, ja niissä on useiden hampaiden välinen ristikko, mikä johtaa tasaiseen vaihteistoon ja alhaiseen melutasoon.

Itselukittuva:Kun kierteen johtokulma on pienempi kuin hammaspyörän hampaiden vastaava kitkakulma, mekanismilla on itselukittuvia ominaisuuksia. Tämä mahdollistaa käänteisen itselukittumisen, mikä tarkoittaa, että mato voi ajaa kierukkapyörää, mutta matopyörä ei voi ajaa matoa. Esimerkiksi nostokoneissa itselukkiutuvat matomekanismit voivat tarjota turvallisuutta.

Alhainen tehokkuus ja suuri kuluminen:Hyötysuhde on suhteellisen alhainen johtuen suuresta suhteellisesta liukunopeudesta ristikkäisten hampaiden välillä, mikä johtaa merkittävään kitkahäviöön ja kulumiseen. Suuri liukunopeus aiheuttaa myös voimakasta hampaiden pinnan kulumista ja lämmön muodostumista. Jäähdytyksen parantamiseksi ja kulumisen vähentämiseksi käytetään usein korkealaatuisia kulumisenestoaineita ja voiteluaineita, mikä lisää kustannuksia.

Suuri aksiaalinen voima:Mato kohdistaa merkittävän aksiaalivoiman.

Kierukkavaihteistoissa kierukkapyörän hampaiden yleisiä vikatiloja ovat pistesyöpyminen, kuluminen, hitsaus ja hampaiden taipuminen. Alhaisen hyötysuhteen vuoksi suuret liukunopeudet ja taipumus lämmön muodostumiseen, hitsaukseen ja kulumiseen ovat yleisempiä. Hitsauksen välttämiseksi ja kulumisen vähentämiseksi materiaaleilla on oltava kitkaa, kulutusta ja hitsausta estäviä ominaisuuksia. Tyypillisesti matot valmistetaan hiiliteräksestä tai seosteräksestä, ja kierteinen pinta on lämpökäsitelty (esim. karkaisu ja hiiletys) korkean kovuuden saavuttamiseksi (HRC 45–63), minkä jälkeen se hiotaan tai hiotaan kantavuuden parantamiseksi. Kierukkapyörät valmistetaan enimmäkseen pronssista ja joskus messingistä tai valuraudasta hitaisiin, ei-kriittisiin voimansiirtoihin. Hitsauksen estämiseksi ja kulumisen vähentämiseksi tulee käyttää hyviä voitelumenetelmiä hitsauksenestoaineilla. Kierukkakäyttöjen hitsaukselle ja kulumiselle ei ole olemassa kypsiä laskentamenetelmiä. Hampaan pinnan kosketusjännitys on keskeinen pinnan hitsausta ja kulumista aiheuttava tekijä, joten kosketuslujuuslaskelmat ovat edelleen perustavanlaatuisia. Joissakin tapauksissa hampaiden taivutuslujuus voi myös olla tarpeen tarkistaa. Kierukkavaihteet eivät yleensä vaadi hampaiden lujuuslaskelmia, mutta kierukka-akselin lujuus ja jäykkyys on tarkistettava. Suljetuille vaihteistoille on suoritettava lämpötasapainolaskelmat. Jos lämpötasapainolaskelmat eivät ole tyydyttäviä, jäähdytysrivat tai pakkojäähdytyslaitteet voidaan lisätä ulkovaippaan. Kierukkavaihteisia voimansiirtoja käytetään yleisesti sovelluksissa, joissa on risteävät akselit, joissa tarvitaan suuria välityssuhteita, tai suhteellisen alhaisen tehon tai ajoittaisen työn siirtoon. Kun tarvitaan suurta tehonsiirtoa, tehokkuutta usein parannetaan valitsemalla Z1=2–4. Lisäksi, koska itselukittuminen tapahtuu pienemmällä 1:llä, kierukkavaihteita käytetään usein nostokoneissa, kuten vinsseissä turvallisuuden takaamiseksi. Niitä käytetään myös laajalti työstökoneissa, autoissa, instrumenteissa, metallurgian koneissa ja muissa koneissa tai laitteissa virrankulutuksen vähenemisen vuoksi.