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    1. 齒輪技術
      即使微量潤滑,也保持可靠運行 – 高速錐齒輪副加工工藝

      發布時間:2020.03.24 19:21  瀏覽次數:  作者:

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      在金屬切削生產領域,新的切削材料與高性能涂層相結合,使其能夠實現高達20000轉/分的優異轉速。如此超常規高轉速要求,必須將“刀具動力鏈”視為一個完整的系統。而且在僅有微量潤滑或冷卻的情況下,錐齒輪傳動的滾動接觸設計也必須保證優越性能,不會發生齒面損傷。

       

       

      錐齒輪必須設計成即使在潤滑不佳的情況下都可靠工作。

       

      高速加工工藝使錐齒輪和軸外圓具有很高的圓周速度。 即使扭矩很小,例如當施加在刀具切削面上的力很小時,也會發生這種情況。 說到傳動裝置潤滑,必須立即排除油池潤滑,即使只因為攪動損失和使潤滑油遠離滾動接觸點的高離心力。就是因為這樣,只有油霧能被注入傳動系統。傳動系統殼體只能使用迷宮密封,但這還是會讓油霧再次泄漏。因為混合油應該被用來供應整個系統,如錐齒輪和周圍的軸承,液壓油被用來代替特種濃縮傳動油。這種安排導致低水平潤滑,為此錐齒輪副必須專門設計。

       

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      由實體毛坯件磨削小輪


      在一些機械加工任務中,例如在飛機制造業中,高價值的工件是由實體毛坯件直接加工而成,從實體開槽磨削,所以會產生大量切屑,即刀具必須保持持久可靠的磨削狀態。相對而言,航空齒輪要求工作壽命長,整體操作可靠性高,并且要避免極端熱量聚集(否則會使外殼受到熱應變,改變錐齒輪副的安裝距離)。因此,如高速度,低扭矩和特殊潤滑條件等方面都必須作為整體的一部分,全盤考慮。


       

      較端面齒,錐齒輪勝出


      個重要的決定是選擇錐齒輪還是端面齒。盡管從運動學方面來說看,這兩種齒輪沒有差別,但是錐齒輪還是輕易勝出,因為它有一些特定的優勢:首先,滾動接觸和生產質量都可定制達到要求和基本條件。其次,這種類型齒輪在確保傳動系統低噪音運行扮演著重要角色 。因為使用錐齒輪,你可以采用可靠的方式計算和繪制出動誤差(如傳動中的精度缺失)。

       

      小結:
       
      即使高速 也能可靠潤滑
       
      高速、低扭矩和極少潤滑必須完全平衡,傳統系統才能夠承受長時間的使用和大量的熱量積聚。

      Klingelnberg在這一領域開發了創新技術并創造了新的解決方案。


      圖片35.png

      小輪磨削

       

      高速錐齒輪副設計
       
      與高轉速相關的下一個問題是,大量的能量涌向齒面,會導致齒面損傷。因此設計高速錐齒輪組時有三個關鍵目標:
       
      1. 最大化效率


      2. 最小化能量損失(這點與上一點息息相關)


      3. 最小化滾動接觸的有害影響(例如相對滑動和熱量輸入),來避免齒面損


       微信截圖_20200324092406.png


       

      通過將高速度、低壓力與滾動接觸過程中的微量潤滑結合起來,Klingelnberg正進入錐齒輪設計的新領域。

       

      為了達到要求的長工作時間,保證工作的可靠性,齒面的宏觀和微觀的幾何形狀,加工工藝,所用的材料,熱處理方法,都必須高度配合。
       
      優化效率還包括減小功率損失,因為這也會導致在滾動接觸過程中材料應力和材料損傷。通過將高速度、低壓力與滾動接觸過程中的極少潤滑結合起來,Klingelnberg正進入錐齒輪設計的新領域。
       
      在某些方面,潛在的設計領域將以相反的方式影響結果。一般來說,由于所涉及的載荷較低,齒根的載荷能力已經得到了保證。因此,整個焦點需要轉移到齒面:

       

      這里,也有機會遵循非傳統的設計路徑。例如自由度,它因為涉及高載荷通常被排除在賽車應用之外,這里可以利用。

       

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      大輪精加工 (成形磨削)
       
      強大的軟件工具KIMoS(Klingelnberg Integrated Manufacturing of Spiral Bevel Gears)和BECAL(Bevel Gear Calculation Program)的使用,用戶可以進行滾動運動的綜合分析,完成相關的運動學設計過程。這樣就能從齒輪理論的角度來分析摩擦系統。

       

       

      “在切削過程中空傳噪音的降低和精度的提高,表明了齒輪和動力系統之間的相互關聯性。"


      Thomas Serafin, Drive Technology/Calculation and Design
      KLINGELNBERG GmbH

       

      減少功率損耗


      除其它原因外,功率損失主要是由受載下齒面接觸區域的相對較高的速度和較大的齒面粗糙度引起的。因此,宏觀和微觀幾何形狀必須設計成滾動接觸集中在相對滑動低的區域。

       

      兩種帶有不同齒輪鼓形的ease off圖形:


      微信圖片_20200324194034.jpg


      對于沒有偏置的錐齒輪,該區域位于節錐附近。在無偏置錐齒輪上,該區域位于節錐附近??紤]到這一點,設計方法如采用宏觀幾何參數,要確保從一開始在選擇齒數(傳動比)、螺旋角、齒頂修正、 齒高系數和用于確定錐齒輪尺寸的刀具直徑時就使用。準雙曲面錐齒輪,因為有偏置,直接排除在外。
       
      刀具幾何參數選擇必須確保實際制造的可行性,特別是深磨削時。齒面微觀幾何形狀或者失配圖要設計成接觸區位于節錐附近,沿齒高方向較窄。齒長方向的鼓形將轉動誤差減低到可接受的水平。

      由于殼體剛性足,且載荷低,偏置量自然小,失配圖的偏移容納足夠。優化的功率損失使得輸入到殼體的熱量降低,進而可忽略不計。


      在如此高的轉速下安靜的運行,這種狀況相當不易,減少了空氣中的噪音排放,為機器操作員創造了一個更舒適的工作環境。它還提高了刀具加工表面的質量。這表明從馬達到切削刀刃,齒輪和整個動力系統之間的相關性。


      閉環概念:

      圖片4.png

      KIMoS – 用于優化設計

      圖片5.png

      KOMET –從設計到生產結果優化

       


      "設計計算和接觸區是高質量齒輪副的關鍵。"
       
      Thomas Serafin, Drive Technology/Calculation and Design KLINGELNBERG GmbH

       

      精準的生產方法和出色的工藝可靠性
       
      為了獲得必要的形貌和表面質量,Klingelnberg采用了減少齒面形狀計算誤差的生產方法。錐齒輪是在熱處理前帶余量深磨削,熱處理后精磨加工。對于小批量,用這個方法替代切削,非常經濟。
       
      因為使用了KOMET修正程序將工藝集成到閉環系統,所以始終可以依靠Klingelnberg來獲得盡可能高的質量:齒輪和安裝距按“零”生產,這樣可以確保錐齒輪安裝相對容易。仔細測量殼體,軸承等,通常能確保正確的接觸區位置。
       
      由于表面質量對閃溫的影響較大,所以在生產過程中對齒面也進行了超精加工。為了協助這一階段的工作,Klingelnberg找到了一位專家,他對這項技術非常精通,甚至在小模數齒輪的情況下,整個齒面都使用了振動修整技術,一直磨到齒根。
       
      由于供油不足,為了確保在潤滑膜沒有完全形成的情況下能夠進行干式運行,所使用的材料必須具有高的淬透性和耐熱性。由于這個原因,齒輪副是由一種也用于其他飛機工業的鋼材制成的,既可以用傳統的滲碳進行表面硬化,也可以用等離子氮化處理。通過結合這兩種熱處理工藝,可獲得相當高硬度的表面,以實現有效的磨損保護。

       

      指導客戶獲得穩定的工藝
       
      Klingelnberg在設計高速齒輪組時,考慮了客戶對速度、偏置量等方面的精確要求,以確保其齒輪副能夠滿足個體需求。Klingelnberg將其多年的專業經驗帶入設計和開發階段,并為客戶提供從設計到安裝的支持:在規劃和設計階段, 如果需要的話,與客戶在一起,完成齒輪副安裝并現場檢查。這樣,機械制造商就可以確信使用KIMoS設計工具開發的接觸區已經實現了。

       

      信息快速參考 


      1、由于量身定制的運動學,傳動系統整體運行更為安靜


      2、由于宏觀和微觀幾何形狀,功率損失減少


      3、高速旋轉要求盡可能少的潤滑,因此迷宮密封必須使用


      4、基于形貌圖和表面質量,并且通過融入閉環概念,實現可靠的持久性


      5、 定制個體需求


      大昌華嘉編譯


       

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