Polžna gonila

Jože FLAŠKER in Zoran REN

POLŽNA GONILA

Monografija

Maribor 2005

Jože Flašker in Zoran Ren: Polžna gonila © 2005 Fakulteta za strojništvo. Naslov publikacije: Polžna gonila Vrsta publikacije: Monografija Avtorja: Red. prof. dr. Jože Flašker, univ. dipl. inž. str.

Red. prof. dr. Zoran Ren, univ. dipl. inž. str. Založba: Založništvo Fakultete za strojništvo, Maribor Tisk: Tiskarna tehniških fakultet Naklada: 20 izvodov Leto izdaje: 2005 Naslov avtorjev: Red. prof. dr. Jože Flašker, univ. dipl. inž. str.

Red. prof. dr. Zoran Ren, univ. dipl. inž. str. Univerza v Mariboru, Fakulteta za strojništvo Smetanova ul. 17, 2000 Maribor E-mail: [email protected]; [email protected]

Avtorske pravice so pridržane.

Gradiva v tem učbeniku ni dovoljeno kopirati, reproducirati, objavljati ali prevajati v druge jezike brez pisnega dovoljenja avtorjev.

PREDGOVOR Monografija Polžna gonila obravnava teorijo in prakso gonil, ki spadajo v skupino ozobljenih prenosnikov za prenos gibanja med mimobežnimi osmi gredi. Mimobežnost gredi omogoča, da lahko prenašamo moč od ene pogonske gredi na več gnanih gredi. Najpogosteje je pogonski del gonila polž (če se vrši zmanjšanje – redukcija – števila obratov), vendar je lahko pogonski del prenosnika tudi polžnik (v primeru povečanja – multiplikacije – števila obratov, z nizkim izkoristkom gonila). Smer vrtenja polžnika je odvisna od smeri vrtenja polža in smeri vijačnice polža. S polžnimi gonili lahko dosežemo velika prestavna razmerja, pri redukciji od i = 1…100, pri multiplikaciji pa od i = 1…0,6. S povezovanjem dveh ali več polžastih gonil lahko dosežemo zelo velika prestavna razmerja. Polžna gonila obratujejo tiho obratovanje pri visokem in nizkem številu obratov, praktično v celotni življenjski dobi obratovanja; odlikuje jih visoka obremenilnost, ki jo omogoča ubiranje večjega števila zob (2 do 4); praviloma imajo dolgo življenjsko dobo, relativno dober izkoristek pri večstopenjskih polžih, možnost samozapornosti itd. Polžna gonila se najpogosteje uporabljajo za prenose moči do 150 kW, uporabljamo pa jih pri izdelavi transporterjev, dvigal, motornih dvigal, tekstilnih strojev, ladijskih krmil, pri bobenskih pogonih, žarih, centrifugah, črpalkah itd. Razen tega se uporabljajo tudi pri gradnji orodnih strojev, tirnih in cestnih vozil. V novejšem času uporabljamo polžna gonila tudi za manjša prestavna razmerja (i = 1 do 5), s katerimi dosegamo prenos velikih moči z dobrim izkoristkom. Takšni prenosniki se vgrajujejo pred ali za valjasta gonila zaradi doseganja velikih prestavnih razmerij z dobrim izkoristkom. Navedena dejstva nazorno ilustrirajo pomembnost polžnih gonil za inženirsko prakso prenosa moči. Vendar je za doseganje optimalnih obratovalnih parametrov potrebno posvetiti ustrezno pozornost oblikovanju in predvsem izdelavi ozobja polžnih gonil, saj nedoslednosti hitro vodijo do poslabšanja ubirnih razmer ozobja in s tem zmanjšanja učinkovitosti gonil. Vsled tega je nujno potrebna ustrezna referenčna strokovna literatura s področja polžnih gonil za namene pravilnega oblikovanja, izdelave in vzdrževanja teh gonil. Predlagana monografija zadovoljuje vse navedene potrebe in izhaja iz večletnega uspešnega dela avtorjev na tem področju. Monografija je razdeljena na 11 poglavij, ki predstavljajo posamezne zaključene celote. Poglavja so v splošnem oblikovana tako, da podajajo ustrezna teoretična in praktična izhodišča, podajajo navodila za zasnovo, oblikovanje, analizo, kontrolo, izdelavo in vzdrževanje polžnih gonil ter navajajo ustrezne domače in mednarodne standarde ter ustrezne geometrijske, materialne in proizvodne podatke. Zaradi tega je monografija primerna kot priročnik za sodobno inženirsko prakso, kar je tudi njen bistveni namen.

Avtorja

VSEBINA 1. OSNOVE 1 1.1 UVOD 1 1.2 SLOŠNO O POLŽNIH GONILIH 1 1.3 OBLIKE POLŽEV IN POLŽNIKOV 3 2. PROFILI ZOBNIH BOKOV POLŽEV 6

2.1 UVOD 6 2.2 NASTANEK POLŽA 6 2.3 PROFILI ZOBNIH BOKOV VALJASTIH POLŽEV 7 2.4 DVOJNATA POLŽNA GONILA 11 2.5 POSEBNE OBLIKE POLŽEV 12 2.6 POMEMBNA DEJSTVA 15 3. ZASNOVA POLŽNIH GONIL 16

3.1 UVOD 16 3.2 TEHNIČNE KARAKTERISTIKE POLŽNIH GONIL 17 3.3 GEOMETRIJSKE KARAKTERISTIKE 23 3.4 OBLIKA GONILA 25 3.3 POLOŽAJ VGRADNJE 27 4. GEOMETRIJA VALJASTIH POLŽNIH DVOJIC 29

4.1 UVOD 29 4.2 DEFINICIJE POJMOV IN DOLOČILNE VELIČINE POLŽA 30 4.3 DEFINICIJE POJMOV IN DOLOČILNE VELIČINE POLŽNIKA 36 4.4 UBIRANJE POLŽNE DVOJICE 42 4.5 MEJNO ŠTEVILO ZOB 46 4.6 POTREBNI PODATKI ZA IZDELAVO POLŽA IN POLŽNIKA 46 5. VRTILNI MOMENTI, SILE, HITROSTI IN IZKORISTEK POLŽNEGA GONILA 49

5.1 UVOD 49 5.2 SILE 49 5.3 HITROSTI 54 5.4 SAMOZAPORNOST, SAMOZAVORNOST IN IZKORISTEK 55

6. KONTROLA NOSILNOSTI POLŽEVE DVOJICE 62

6.1 UVOD 62 6.2 VARNOST PROTI SEGREVANJU 63 6.3 VARNOST PROTI JAMIČENJU 67 6.4 VARNOST PROTI OBRABI 68 6.5 VARNOST PROTI ZLOMU ZOBA 72 6.6 VARNOST PROTI UPOGIBU GREDI 72 6.7 VPLIV DODATNIH OBRATOVALNIH POGOJEV 73 6.8 PRIMERJAVA STANDARDOV DIN IN AGMA 75 7. IZDELAVA POLŽEV IN POLŽNIKOV 79

7.1 UVOD 79 7.2 IZDELAVA POLŽEV 79 7.3 IZDELAVA POLŽNIKOV 84 8. MERILNE VELIČINE IN NJIHOVA KONTROLA 87

8.1 UVOD 87 8.2 KONTROLA POLŽA 87 8.3 KONTROLA POLŽNIKA 89 8.4 TOLERANCE 91 9. KONSTRUKCIJSKE IZVEDBE POLŽNIH GONIL 98

9.1 UVOD 98 9.2 IZHODIŠČA ZA OBLIKOVANJE POLŽNIH GONIL 99 9.3 MONTAŽA POLŽNIH GONIL 117 10. MAZANJE POLŽNIH GONIL 124

10.1 UVOD 124 10.2 REŽIMI MAZANJA 124 10.3 VRSTA MAZALNEGA SREDSTVA 127 10.4 FIZIKALNE LASTNOSTI MAZALNIH SREDSTEV 129 10.5 IZBIRA MAZALNEGA SREDSTVA 133 10.6 NAČINI MAZANJA POLŽNIH DVOJIC 135 11. HRUPNOST POLŽNIH GONIL 144

11.1 UVOD 144 11.2 SPLOŠNO 145 11.3 MERJENJE HRUPA 147 11.4 ZMANJŠANJE GLASNOSTI GONIL 149 11.5 ZAKLJUČEK 151

Osnove

1

1 OSNOVE Poglavje podaja nekaj osnovnih pojmov ter splošen pregled o polžnih dvojicah in njihovih lastnostih. Govori tudi o nastanku vijačnice, njeni smeri in večvojnih polžih. Opisane so različne oblike polžev in polžnikov.

1.1 UVOD

Polžna gonila se v tehniški praksi zelo pogosto uporabljajo. Omogočajo namreč velika prestavna razmerja v eni stopnji, tih tek in, če je potrebno, tudi samozapornost gonila, kar je v praksi pogosto želena vrednota. Prav tako so enostavna za vzdrževanje, omogočajo različne položaje vgradnje in načine pritrditve (prirobnična, z nogami, z ročico). Pri odločitvi izbire polžnega gonila pa moramo upoštevati da polžno gonilo nima konstantnega izkoristka, kot npr. valjasti ali stožčasti pari, ampak je izkoristek v zelo širokem področju (od zelo majhnega do izjemno velikega), kar kaže, da pri odločitvah oblikovanja polžnega gonila to moramo upoštevati in je zelo priporočeno imeti vsaj nekaj praktičnih izkušenj, sicer bomo pri prvih izvedbah precej razočarani.

1.2 SPLOŠNO O POLŽNIH GONILIH

a

osni

razm

ik

polž

polžnik

Slika 1.1 Polž in polžnik

Polžna gonila sestavljata polž in polžnik na sliki 1.1. Spadajo v skupino ozobljenih prenosnikov za prenos gibanja med mimobežnima osema gredi. Kot, ki ga oklepata osi obeh gredi, je najpogosteje 90°, vendar je lahko tudi različen od 90°. Mimobežnost gredi omogoča, da lahko prenašamo moč od ene pogonske gredi na dve gnani gredi. Najpogosteje je pogonski del gonila polž (vrtilne hitrosti se zmanjšajo), če pa hočemo vrtilne hitrosti povečati, je lahko pogonski del prenosnika tudi polžnik (izkoristek je v tem primeru nizek). Smer vrtenja polžnika je odvisna od smeri vrtenja polža in smeri vijačnice polža.

Osnove

2

S polžnimi gonili lahko dosežemo velika prestavna razmerja i = 5 do i =150 (200) pri zmanjšanju vrtilne hitrosti (redukcija (R) - pogon s polža na polžnik), pri povečanju vrtilne hitrosti (multiplikacija (M) - pogon s polžnika na polž) pa od i = 0,2 do i = 0,05.

1.2.1 Prednosti polžnih gonil 1. Zelo velika prestavna razmerja (i ≤ 150(200)), ki jih lahko dosežemo z enim parom

prenosnih elementov (polž, polžnik). Do danes so bili izdelani polžni prenosniki moči 1000 kW, z vrtilno hitrostjo polža do 500 1/s. S povezovanjem dveh polžnih gonil lahko dosežemo zelo velika prestavna razmerja – paziti je potrebno na izkoristek.

2. Tiho obratovanje gonila pri visoki in nizki vrtilni hitrosti, skoraj v celotni življenjski dobi. Pri polžnih gonilih ne prihaja do kotaljenja zoba po zobu, temveč le do drsenja. To drsenje omogoča tiho delovanje in dušenje, zaradi tega so predpisane posebne zahteve glede gladkosti naležnih površin, parjenja gradiv (materialov) polža in polžnika, da bi zagotavljali dobre drsne lastnosti ob primernem mazanju, da bi tako bile izgube zaradi trenja in obrabe čim manjše.

3. Visoke obremenitve, ki jo omogoča ubiranje večjega števila zob (2 do 4). Pri polžu z malim številom zob (številom vijačnic) ni večje zakrivljenosti bočnih ploskev, kot je to v primeru ostalih zobniških gonil. Na ta način ima polžni prenosnik boljše pogoje za ustvarjanje oljnega filma. Ugodna je tudi relativna smer gibanja površin bočnih ploskev v ubiranju. Pri ugodni obliki zakrivljenosti bočnih ploskev in relativnem gibanju lahko polžno gonilo prenaša velike moči.

4. Dolga življenjska doba ob pravilnem izboru gradiv polža in polžnika, dobrem vležajenju, primerni hrapavosti površin, točni izdelavi, pravilni montaži ter dobrem mazanju.

5. Relativno dober izkoristek prenosnika pri večstopenjskih polžih. Ob določenih pogojih je mogoče doseči izkoristek do 96%. Pri malem kotu vzpona, velikih prestavnih razmerjih, malih drsnih hitrostih in malih dimenzijah, je izkoristek slabši (tudi manj od 50%).

6. Možnost, da je gonilo samozaporno ali samozavorno (tudi v teh primerih so izkoristki običajno nižji od 50%).

7. V primerjavi z gonili z valjastimi ali stožčastimi zobniki, so za prenos enake moči ponavadi lažji in lažje izvedljivi, pri večjih prestavnih razmerjih pa so tudi cenejši. V primerjavi s hipoidnimi polžnimi prenosniki imajo večjo dolžino naleganja bočnih ploskev in večjo mirnost teka, v primerjavi z vijačnimi gonili prenašajo večjo obremenitev in imajo boljši izkoristek.

8. Možnost, da se polži določenih velikosti uporabljajo za večje število polžnikov (drugačna prestavna razmerja).

1.2.2 Slabosti polžnih gonil 1. Izkoristek polžnih gonil, posebno tistih z valjastim polžem, je manjši od izkoristka gonil z

valjastimi in stožčastimi zobmi ter njegov velik raztros. 2. Pri gonilih z majhnim izkoristkom se zaradi drsenja zob razvija toplota, ki jo je potrebno

odvesti s pomočjo prisilnega hlajenja. Polžna gonila se najpogosteje uporabljajo za moči do 150 kW. Uporabljamo jih pri izdelavi transporterjev, dvigal, motornih dvigal, tekstilnih strojev, ladijskih krmil, pri bobenskih pogonih, centrifugah in črpalkah. Poleg tega se uporabljajo tudi pri gradnji orodnih strojev, tirnih in cestnih vozil, itn. Polžni prenosniki se vgrajujejo pred ali za valjasta gonila zaradi doseganja velikih prestavnih razmerij z dobrim izkoristkom. Visoko obremenjena gonila s toplotno obdelanimi in brušenimi zobmi polža hladimo (rebra na ohišju, rotor pihala nameščen na polžu, hlajenje z vodo). V novejšem času uporabljamo polžna gonila tudi za manjša prestavna razmerja (i = 1 do 5), s katerimi dosegamo prenos

Osnove

3

velikih moči z dobrim izkoristkom. Z ustrezno obliko bočnih ploskev polža, ob približno enaki ceni na enoto moči, dosegamo manjše prostornine in večje izkoristke.

1.3 OBLIKE POLŽEV IN POLŽNIKOV

Polž in polžnik lahko imata valjasto, globoidno obliko pa tudi stožčasto obliko. Glede na to ločimo naslednje vrste polžnih gonil: 1. Gonila z valjastim polžem in globoidnim polžnikom – najpogostejša oblika gonil (slika

1.2a) 2. Gonila z globoidnim polžem in globoidnim polžnikom – kadar želimo zelo veliko

obremenilnost gonila (slika 1.2b)

a c b

č de

Slika 1.2 Možne oblike polža in polžnika

a) valjasti polž in globoidni polžnik, b) globoidni polž in polžnik, c) globoidni polž in valjasti polžnik, č) valjasti polž in delno globoidni polžnik, d) valjasta polž in polžnik in e) spiroidni polž

3. Gonila z globoidnim polžem in valjastim polžnikom – za gonila z večjo stopnjo ubiranja,

enostavno izdelavo in montažo polžnika ter povečano obremenilnostjo – redka oblika (slika 1.2c)

4. Gonila z delno globoidnim polžnikom – možnost montaže polžnika v smeri osi (slika 1.2č)

5. Gonila z valjastim polžem in valjastim polžnikom – pri malih kotih vzpona lahko polžnik izdelamo z istim orodjem kot zobnik s poševnim ozobjem, premer orodja pa ni odvisen od premera polža, kot pri globoidnih polžnikih; mogoča je montaža polžnika v osni smeri; obremenilnost takega gonila je manjša (slika 1.2d)

6. Gonila s spiroidnim polžem – povečamo obremenilnost gonila in stopnjo ubiranja (slika 1.2e) – gonilo je na sliki 3.13

Osnove

4

π⋅dm1

P z1

φdm1

γm

Slika 1.3 Nastanek vijačnice

Na sliki 1.3 je prikazan nastanek vijačnice na srednjem valju polža. Trikotnik z vodoravno kateto, katere dolžina je enaka obsegu valja in oklepa s hipotenuzo kot γm navijemo na valj s premerom dm1 in navpično osjo. Tako zvita hipotenuza oblikuje vijačnico. Če hočemo dobiti vijačnice polža še na drugih premerih moramo trikotniku spremeniti dolžino vodoravne katete (obseg) in obdržati vzpon. Pri tem se premeni tudi kot vzpona. Zato so na različnih premerih polža različni koti vzpona. Pri izračunih običajno uporabljamo srednji kot vzpona γm, razen kadar računamo določene veličine na drugih premerih.

Slika 1.4 Odvisnost vrtenja polžnika od smeri vijačnice polža

a) desna, b) leva Vijačnice polža (zobje polža) so lahko desne ali leve; tako govorimo o polžu z desno oziroma levo vijačnico (slika 1.5). Desni vijačnici polža dajemo prednost. Levo vijačnico izbiramo samo v določenih primerih glede na posebne zahteve po določenih smereh vrtenja. Na slliki 1.4 je prikazana odvisnost vrtenja polžnika od smeri vijačnice polža. Z opazovanjem določimo smer vijačnice tako, da postavimo os polža tako, da stoji navpično (slika 1.5) in opazujemo v katero smer se vzpenja vijačnica. Če se dviga v desno je desna vijačnica, če v levo pa leva vijačnica.

Osnove

5

Slika 1.5 Polž z desno (a) in levo (b) vijačnico

Polž ima najpogosteje manjši premer kot polžnik, kot vzpona vijačnice polža pa je manjši od 45°. Polž ima eno ali več vijačnic (zob), ki so naviti na valjasto (slika 1.3) ali globoidno oblikovano telo (razdelni ali srednji valj), podobno kot navoj vijaka. Glede na število vijačnic so polži lahko eno-, dvo-, tri- ali večstopenjski (slika 1.6).

pz1=px

pz1=2px

px

pz1=3px

px

Slika 1.6 Eno (a), dvo (b) in tristopenjski polži (c) – vsi so desni

Profili zobnih bokov polžev

6

2 PROFILI ZOBNIH BOKOV POLŽEV V poglavju najdemo osnove nastanka vijačnice in polža. V nadaljevanju nas seznanja z različnimi oblikami profilov polžev in načini izdelave.

2.1 UVOD

Pri odločanju o obliki polža nas bo vodila predvsem možnost izdelave, ne glede na to ali ga bomo izdelovali sami ali v kooperaciji. Razmišljati moramo o izdelavi polža, orodju za izdelavo polžnika in sami izdelavi polžnika ter o kontroli merilnih veličin. V primeru osvajanja novega izdelka se mora našteto ujemati ujemati te tri stvari še z dolgoročno strategijo podjetja, saj je lahko povezano z velikimi investicijami še posebej pri večji zahtevnosti in konkurenci. Nosilnosti gonil z različnimi polži pa se lahko zelo razlikujejo.

2.2 NASTANEK POLŽA

Slika 2.1 Nastajanje vijačnice kot rezultante krožnega in premočrtnega gibanja

Slika 2.1 prikazuje nastajanje vijačnice kot rezultante krožnega gibanja okoli osi vrtenja in premočrtnega gibanja v smeri osi vrtenja. Ravnino A' (slika 2.1) odkotalimo brez drsenja po valju polmera rb (osnovni valj). Premica p', ki leži v ravnini A' opiše pri tem vijačnico. Položaj premice p' je določen glede na os valja, polmer rb (najkrajša razdalja med osjo 0 in premico) ter kotom γb. Presek ravnine pravokotne na os 0 in vijačnice je evolventa. Če naredi premica en zasuk okoli osi, se vse točke na premici zamaknejo za 360°, poleg tega pa se pomaknejo za velikost vzpona P do položaja vzporednega s predhodnim položajem premice. Vse točke na premici p' imajo enak pomik pz1 (vzpon vijačnice), vendar je kot nagiba γ premice p različen in odvisen od oddaljenosti r posameznih točk na premici p' od osi 0:


7

rpz

⋅⋅=

πγ

2tan 1 (2.1)

Površina, ki jo z vijačnim gibanjem okoli osi 0 opisuje premica p', je prostorska poševnokotna odprta vijačna površina. Če leži na oddaljenosti (rb – r) od ravnine A, z njo čvrsto spojena druga ravnina A', bo premica p v ravnini A pri valjanju ravnine A' po valju polmera rb prav tako opisovala vijačnico. Premica p je vzporedna s premico p', proti osi pa je nagnjena za kot γ. Pri valjanju ravnine A' po osnovnem valju rb ovija ravnina A' valj polmera rb. Presek ravnine pravokotne na os 0 z vijačnico premice p daje podaljšano evolvento. Površina vijačnice je omejena s temenskim in korenskim valjem. Če je rb = r (γ = γb) se premica p dotika osnovnega valja, vijačnica pa nastaja z nizom tangent na osnovno vijačnico. Tako dobljena vijačna površina je evolventa, ki jo je mogoče razviti v ravnino. Evolventna vijačna površina je identična z vijačno evolventno površino bočnih ploskev valjastih zobnikov s poševnimi zobmi. Tako dobljeni polži so evolventni, kajti presek ravnine pravokotne na vzdolžno os z vijačno površino je evolventa. Dejstvo, da se dobljena površina lahko razvije v ravnino, omogoča, da lahko vršimo tudi stik z rotacijsko stožčasto površino ali z ravnino, kar pomeni, da takšne boke lahko brusimo s stožčastim brusom. Z valjanjem ravnine A' po osnovnem valju rb pri rb = r, opisuje premica p prostorsko poševnokotno zaprto površino, ki je ni mogoče razviti v ravnino, kar pomeni da je ne moremo brusiti s stožčastim in ravnim brusom.

2.3 PROFILI ZOBNIH BOKOV VALJASTIH POLŽEV

Glede na način izdelave imajo profili zob polžev različne oblike. Če ima orodje za izdelavo polža ravno rezalo glej sliko 2.2 (ki je hkrati tvorilka zobnega boka), imajo profili zobnih bokov polža naslednjo obliko:

2.3.1 Obliko boka A (ZA, Arhimedov spiralni polž, slika 2.2a) Izdelujemo ga s pomočjo trapeznega stružnega noža, čigar srednjica seka os vrtenja. V čelnem preseku pravokotnem na os vrtenja imajo bočne ploskve obliko Arhimedove spirale. V ravnini, ki sovpada z osjo vrtenja, so bočne ploskve ravne, v ravnini pravokotni na kot vzpona vijačnice pa so bočne ploskve izbočene. Po obliki ustreza oblika A trapeznemu navoju. Izdelava polžev z večjim kotom vzpona je otežena zaradi neugodnih pogojev rezanja. ZA polž lahko izdelamo tudi s t.i. kotalnim majenjem, kjer ima orodje obliko zobnika (slika 2.2a in 2.4). Na ta način izdelujemo polže v serijski in masovni proizvodnji. Orodje v obliki zobnika je podobno orodju za izdelavo valjastega zobnika s poševnimi zobmi. Za obdelavo služijo rezkalni stroji za tangencialno rezkanje. Pri brušenju ZA polža os vrtenja brusne plošče nagnjena proti osi polža za kot vzpona vijačnice (γm), simetrala profila brusne plošče pa se sklada s sečiščem osi brusne plošče in polža (slika 2.3). Pri takšni nastavitvi brusa, mora biti pri brušenju ZA polža profil brusne plošče zakrivljen. Če je kot vzpona majhen, se ZA polž lahko brusi tudi z brusno ploščo z ravnimi boki. Čim manjši je premer brusa, tem manjše je odstopanje profila bočne ploskve.


8

2.3.2 Obliko boka N (ZN polž, imenujemo ga tudi spiralni polž - približen, sl. 2.2b) Dobimo ga, če je stružni nož trapezne oblike glede na ravnino, ki prehaja skozi os vrtenja, postavljen poševno za kot vzpona vijačnice polža. ZN polž lahko dokaj uspešno izdelamo s pomočjo čelnega (prstnega) rezkarja in malega ploščatega rezkarja (večji je rezkar, bliže smo profilu ZK) (slika 2.2c). V preseku pravokotnem na os vrtenja ima ZN polž obliko podobno Arhimedovi spirali, v preseku N-N (slika 2.6) pa trapezno obliko. V preseku A-A (slika 2.6) so bočne ploskve rahlo izbočene. Standardno obliko profila (trapezno obliko) pri ZN polžih lahko ima ali zob ali medzobje.

α0

SN ČF PF SN MZ

BP BP

BP BP

ZC – ubirnica 0 – kinematična linija 1,2,3 – dotikalna linija

α0

α0

α0

γ m γ m

ω2

w

1 12

3ω

1

a) b)

c) č) d)

Slika 2.2 Oblike polžev glede na način izdelave

a) oblika boka Arhimedovega ZA polž (SN = stružni nož, MZ = majilni zobnik), b) oblika boka ZN polža ( SN = stružni nož, ČF = čelno frezalo, PF = ploščato frezalo), c) oblika boka ZK polža ( BP =

brusna plošča ), č) oblika boka ZI polž, d) oblika boka ZC polž

Brušenje ZN polžev se vrši podobno kot brušenje ZA polžev (slika 2.3) s to razliko, da ima profil brusne plošče ravne bočne ploskve, premer brusa pa mora biti čim manjši. ZN polže lahko brusimo s prstnim brusom (slika 2.3).


9

Slika 2.3 Brušenje ZA in ZN polža

Slika 2.4 Izdelava ZA polža a) prostorski prikaz, b) gibanje orodja in obdelovanca

Slika 2.5 Brušenje polžev a) enojni, b) dvojnati ZI polž c) ZI polž


10

Slika 2.6 ZN-polž

px

df1

dm

1 da1

hfha

smnemnpmn

γm

γ mβ m

N

h

pmnsmn

smx emx

2αw

P=z1⋅pa

N

2αn

pz1=z1⋅px

N-N

A-A

G-G

db1

h f

h a

p b

γb

γb

G

G

A A rb

z p1 b

Slika 2.7 Evolventni – ZI polž


11

2.3.3 Obliko zoba K (ZK polž, slika 2.2 c) Nastane pri izdelavi s ploščatim frezalom ali brusno ploščo trapeznega preseka, katere os vrtenja je v sredini medzobja nagnjena glede na os polža za kot vzpona γm. Čeprav so boki profila orodja ravni, tvorilka ni premica, temveč prostorska krivulja. Do različnih zakrivljenosti bočnih ploskev polža pride zaradi različnih premerov orodja pri grobi (rezkanju) in fini obdelavi (brušenju). Premeri rezkarjev in brusov naj bodo čim večji (bolj premer raste proti ∞ -bolj se bližamo ZI polžu).

2.3.4 Obliko zoba E (evolventni - ZI polž, slika 2.5 in 2.7 c) Oblika ustreza boku zoba valjastega zobnika s poševnimi zobmi in evolventnim profilom in velikim kotom nagiba bočnih ploskev (βm). Linija ostrine noža (tvorilka) tangira osnovni valj polmera rb, z ravnino pravokotno na os vrtenja pa oklepa kot γb. Oblika bočne ploskve v ravnini pravokotni na os vrtenja je evolventa (slika 2.8).

pz1

pz1

d b

r b

r b

γbγ

b

Slika 2.8 Položaj noža pri izdelavi ZI polža

V ravnini, ki prehaja skozi os vrtenja (A-A) je profil bočne ploskve hiperbola, v ravnini, ki leži pravokotno na kot vzpona (N-N), pa je profil bočne ploskve izbočen. Ta profil ustreza obliki bočne ploskve evolventnega valjastega zobnika s poševnimi zobmi in velikim kotom nagiba bočne ploskve. E – polži se izdelujejo s struženjem, odvalnim rezkanjem in odvalnim brušenjem (slika 2.2 č), na primer, s pomočjo ravne brusne plošče, katere os vrtenja oklepa z osjo polža kot γm, ob tem pa je proti osi polža nagnjena za kot αw (slika 2.2 č in 2.5 c). Bočne ploskve evolventnih polžev lahko enostransko brusimo z ravnimi brusnimi ploščami, kot kaže slika 2.5 b.

2.4 DVOJNATA POLŽNA GONILA

To so posebna gonila s t.i. dvojnatimi ali dupleks polži (slika 2.9). Polž omenjenih gonil ima vzpone levega in desnega boka zoba različne, od koder tudi ime dupleks. Uporabljajo se pri orodnih strojih. Omogočajo omejevanje zračnosti med zobmi polža in polžnika pri montaži in obratovanju zaradi obrabe. Omejevanje zračnosti dosežemo zelo enostavno. Pri različnem


12

vzponu, se medzobna vrzel postopoma širi, debelina zoba pa zožuje. Z aksialnim pomikanjem polža proti polžniku lahko zračnost med posameznimi zobmi polža in polžnika nastavimo na željeno velikost. Prednost je v tem, da se ne spremeni razmak osi, niti položaj polja ubiranja. Izdelava ustreznih vzponov mora ustrezati zahtevam danega prestavnega razmerja. Pri tem težimo k minimalni zračnosti, ki je odvisna od velikosti modula in števila zob polžnika. Če je za aksialno pomikanje polža dovolj prostora, izberemo majhno razliko v velikosti vzpona. V nasprotnem primeru izberemo večjo razliko, ki je manj ugodna, saj je težje nastaviti željeno zračnost. Dupleks polži se izdelujejo z enakim ali različnim kotom ubirne črte levega in desnega boka. Za izdelavo dupleks polžev so potrebna posebna orodja. Potrebno je biti pozoren na izdelavo bokov, ki imajo različne vzpone (slika 2.5b).

px2 px2 px2

px1 px1 px1

smax smin

d m1

α1 α2

Slika 2.9 Dvojnati polž

2.5 POSEBNE OBLIKE POLŽEV

Glavni namen posebnih oblik zobnih bokov polžev in polžnikov je povečati obremenitve gonil ali pa njihovo življenjsko dobo oziroma izkoristek. Pri tem uporabljamo konkavne oblike bokov, ki omogočajo ugodnejšo razporeditev površinskih tlakov ali polže oblikujemo tako, da je več zob naenkrat v uprijemu (globoidni polži), ali pa spreminjamo debelino zob (na razpolago več materiala, ki se lahko obrabi) da bi dosegli daljšo življenjsko dobo gonila.

2.5.1 Polži s konkavno obliko bočne ploskve (ZC polž slika 2.2 d in 2.10) Valjasti polž s konkavnimi boki, v kombinaciji z globoidnim polžnikom, ima v primerjavi z ostalimi polžastimi gonili naslednje prednosti: 1. Zobje polža imajo konkavni profil, za razliko od konveksnih ali ravnih bočnih ploskev pri

navadnih izvedbah polžev. 2. Specifični bočni pritiski so zelo nizki, kar omogoča z določeno prilagodljivostjo bočnih

ploskev vzdrževanje potrebnega oljnega sloja med bokoma obeh površin zob. 3. Ugoden položaj dotikalnic bočnih ploskev (pravokotno na smer drsenja), ki omogoča

ustvarjanje hidrodinamičnih tlakov v oljnem sloju. 4. Izgube zaradi trenja so manjše, zaradi tega je tudi segrevanje manjše; Ob ostalih enakih

pogojih lahko ta gonila, v primerjavi z drugimi polžastimi gonili, prenašajo 25% do 40% večje moči.

5. Obrabe zob so manjše, zaradi tega je daljša življenjska doba, koreni zob so debelejši (pri istem modulu so zobje konkavnega polža v korenu močnejši), s tem pa so napetosti v korenu zob manjše.


13

Slika 2.10 Konkavni bok polža Cavex

Slika 2.11 Primerjava obremenitev zobnega boka (ploščinski tlak) med polžem Cavex in navadnim polžem

Poznamo več vrst različnih konkavnih oblik zobnih bokov: paraboličen profil, profil v obliki krožnega loka, CAVEX profil… Vsem je skupno to, da z obliko zobnega boka dosežemo pri obratovanju nižje ploščinske tlake (slika 2.11), kar omogoča večjo obremenljivost teh gonil.

2.5.2 Globoidne oblike polža (G – polži, slika 2.12) Pri globoidnih polžnih gonilih sta polž in polžasti zobnik globoidne oblike. Polž je po celotni dolžini prilagojen obliki polžnika. Globoidni polžasti prenosniki imajo visoko obremenljivost in dober izkoristek. Izkoristek globoidnih polžnih prenosnikov je enak izkoristku valjastih polžev ali večji, medtem ko je obremenljivost globoidnih gonil večja kot pri valjastih polžih. Zaradi tega, ker se razdelni premer vzdolž osi polža spreminja v odvisnosti od globoidne oblike, se spreminja tudi kot vzpona. Da zagotovimo dobre karakteristike polžnih gonil, moramo zagotoviti možnost, da je polžnik, glede na polž, kakor tudi polž glede na polžnik aksialno nastavljiv. Izdelava zob globoidnega polžnega gonila je težja kot pri navadnih polžnih gonilih, kajti potrebna so posebna orodja in priprave. Globoidne polže lahko uporabimo v kombinaciji z globoidnim in valjastim polžnikom (slika 2.3 b in slika 2.3 c). Včasih so se precej uporabljali pri krmilnih mehanizmih cestnih vozil. V Evropi ga v splošni strojegradnji skoraj ne uporabljamo, v ZDA pa precej več.


14

Slika 2.12 Globoidna oblika polža

2.5.3 Spiroidna gonila Spiroidna gonila predstavljajo novo obliko gonila z mimobežnima gredema. Pogonski del gonila je stožčasti polž, gnani del pa je stožčasti zobnik z ločno zakrivljenimi zobmi. Ta gonila lahko prenašajo velike moči. Velikost osnega razmika osi gredi je nekje med hipoidnimi in polžastimi gonili. Pri velikih osnih razmikih ubira veliko število zob, hitrosti drsenja so tako visoke kot pri polžnih gonilih. Izkoristek je blizu izkoristku polžnih prenosnikov. Kljub temu pa se doseže samozapornost gonila že pri prestavnih razmerjih okoli 20. Taka gonila so zelo tiha in lahka. Običajno uporabljamo do petstopenjske stožčaste polže in dosegamo prestavna razmerja od 6 pa tja do 100. Spiroidna gonila s prestavnim razmerjem i = 10 in več je že mogoče izdelati z eno stopenjskim polžem vendar je običajno število stopenj podobno kot pri navadnih polžnih gonilih. Tako se število zob stožčastega „polžnika“ običajno giblje med 40 in 100! Gonila so lažja od ekvivalentnih polžnih in so bolj obremenljiva. Ozobje je zahtevno za izdelavo in montažo (natančen osni položaj obeh zobnikov) tako kot stožčasti zobniki. Pretežno se uporablja kombinacija materialov jeklo/jeklo, obraba je podobna kot pri gonilih s spiralnimi stožčastimi zobniki. Mnogokrat se uporabljajo kot gonila brez vzdrževanja polnjena s sintetičnim oljem ali mastjo za manjša gonila. Na sliki 2.13 je SEW spiroidno gonilo z elektromotorjem.

Slika 2.13 Spiroidno polžno gonilo


15

2.5.4 Različne debeline zob polža in polžnika Pri dvojici materialov, od katerih se eden hitreje obrablja kot drugi, pri tem pa nosilnost zoba ni kritična, odebelimo zob - običajno polžnika – hkrati pa se zmanjša debelina zoba polža. Obliki kjer sta zoba z različno debelino imenujemo tudi komplementarni profil. S tem povečamo čas v katerem se polžnik obrabi do kritične meje nosilnosti. Pri tem gremo celo tako daleč, da je debelina bolj obrabljivega zoba do 90% razdelka. Običajno hkrati zmanjšamo nagib bokov zob. Na ta način zmanjšamo radialne sile na polžu in polžniku. Polž je lahko vitkejši, ležaji na polžniku pa manjši. Nagibni (izdelovalni kot) zmanjšujemo tudi do 8°. Mnogokrat zmanjšamo še višino zoba. Na sliki 2.14 je prikazan primer spremenjenega profila. Take rešitve se mnogokrat poslužujemo pri kombinaciji jeklenega polža in polžnika iz plastike, kjer hkrati zmanjšamo hrup in dobimo gonilo brez vzdrževanja. Tudi pri polžih s konkavnimi zobnimi boki mnogokrat zmanjšamo debelino zoba (Cavex).

p=π m

sp=0.59 p ep=0.41 p

0.61

7m

1.01

m

α=15° α=15°

Slika 2.14 Primer posebnega profila (šrafiran je polžnik)

2.6 POMEMBNA DEJSTVA

1. Izdelujemo lahko različne oblike polžev paziti pa moramo naslednje: glede na to kako je izdelan polž, mora biti prilagojeno orodje za izdelavo polžnikov in načini kontrole merilnih veličin. Odvalni rezkar za izdelavo polžnika mora imeti enako obliko in velikost kot polž in je večji le za tolerance (za potrebno zračnost).

2. Vsak polž zahteva za izdelavo polžnika svoje orodje. Z enim orodjem lahko izdelamo več različnih polžnikov, ki se lahko razlikujejo med seboj le po številu zob (in od števila zob odvisnih dimenzijah). Tako lahko izdelamo z enakim orodjem polžnike za različna medosja in različna prestavna razmerja, ki pa lahko ubirajo vse s samo enim polžem.

3. Pri polžnih gonilih so standardizirani osni moduli, pri zobniških gonilih pa so standardizirani normalni moduli.

4. Pri majhnih kotih vzpona mγ so vse oblike polžev zelo blizu skupaj in se polžniki zelo malo razlikujejo od zobnikov s poševnim ozobjem, zato mnogokrat valjaste polžnike izdelamo kot poševne zobnike z orodjem za odvalno rezkanje navadnih zobnikov. Relativno odstopanje profila zoba je tolikšno, kolikor se cos mγ razlikuje od 1!

5. Veliko pozornost moramo pri izbiri profila polža posvetiti možnosti ostrenja rezkarjev in ustreznega oblikovanja (profiliranja) brusov, kar je še posebej pomembno pri večjih kotih vzpona mγ in večjih serijah!

Zasnova polžnih gonil

16

3 ZASNOVA POLŽNIH GONIL Poglavje podaja osnovna izhodišča za zasnovo polžnega gonila, osnovne dimenzije ohišja, oblike gonila, vpliv polžne značilnice na polževo dvojico in izkoristek. Podani so podatki o osnih razmikih, srednjih premerih polžev in modulih. Opredeljene so tudi osnovne oblike gonil in položaji vgradnje.

3.1 UVOD

Kot smo že omenili, je želeno, da za oblikovanje polžnih gonil imamo praktične izkušnje. Začetnik ali študent tega seveda nima. Zato je v tem poglavju nekaj pomembnih podatkov, kako, s čim in kje začeti. Ne smemo namreč pozabiti, da vsako odločitev sprejmemo sami, in da seveda naš izdelek na koncu mora dobro in brez problemov delovati, kupec pa mora biti zadovoljen. Na začetku se pač poslužujemo podatkov, ki so na razpolago, ki jih najdemo v različnih virih. V vsakem primeru so osnovni podatki, kot so moč (P) in prestavno razmerje (i) premalo, da bi lahko oblikovali želeno gonilo. Že na začetku se je potrebno zelo potruditi, da si pridobimo še druge pomembne podatke, kot so podatki o pogonskem stroju, gnanem stroju, režimu delovanja, okolju v katerem bo pogon deloval, kolektiv obremenitve itd… Cela kopica podatkov je, ki odločilno vplivajo na naš izdelek. Zagotovo pa težimo, k rešitvam, da izdelamo gonilo s standardnim modulom (m), standardno polževo značilnico (q) in standardnim osnim razmikom (a). Vse to in še marsikaj pomembnega je podano v tem poglavju. Ne smemo pa pozabiti, da je zastavljene cilje potrebno doseči, zato boste morali večkrat listat naprej pa spet nazaj in začeti zadevo od začetka. Pa nič hudega, da bo le izdelek ta pravi. V prvih treh poglavjih smo spoznali kaj pomeni besedna zveza »polžno gonilo« in kako je to gonilo sestavljeno. Sedaj so na vrsti smernice, ki nam bodo pomagale priti do osnovnih dimenzij gonila na temelju naših potreb oziroma želja. Šele v primeru, da nam osnovne karakteristike ustrezajo glede na predpostavljene se bomo lotili nadaljnjega dela in natančnih izračunov oziroma kontrol. Če se zgodi, da nam zasnova ne ustreza, bomo začeli z novim gonilom oziroma na novo. Ni potrebno, da bo spet polžno. Vedno je potrebno vsako odločitev dobro utemeljiti. Pri tem pa moramo upoštevati, da so najpomembnejši argument stroški. Pomembna ni samo nabavna cena gonila, ampak je potrebno o vsej zadevi celovito razmisliti in napraviti potrebne analize stroškov za celotno življenjsko dobo gonila, ki ga pripravljamo oz. načrtujemo. Najpomembnejši stroški so: nabavna ali izdelovalna cena gonila, stroški montaže gonila na objekt, stroški zagona in utekanja, stroški vzdrževanja v predvideni življenjski dobi, poraba energije…Seveda ni vseeno, ali bomo to gonilo uporabljali mi, ali ga bomo prodali, ali gre za posamezen izdelek ali gre za gonilo, ki ga bomo serijsko izdelovali. V vsakem primeru pa je potrebno razmišljati dolgoročno, tako da bomo lahko naše izdelke tržili tudi v bodoče. Tako moramo stranko zadovoljiti v vsakem primeru s kvaliteto, ustreznimi tehničnimi karakteristikami, zanesljivostjo, enostavnim in poceni vzdrževanjem in nizko porabo energije. Za vse to moramo zelo dosti vedeti o gonilu, ki ga še ni, ki šele nastaja. V prvi vrsti so to tehnične lastnosti gonila, obremenitveni kolektiv, okolje v katerem bo gonilo obratovalo, pogonski motor, lastnosti stroja, ki ga bo gonilo poganjalo (sunki, vztrajnostni momenti gibajočih mas), v kakem položaju bo gonilo obratovalo kako bo gonilo pritrjeno itd. Če bo


17

gonilo delovalo brez pogonskega motorja pa o izvedbi vstopa v gonilo oziroma v obliki izvedbe pogonske gredi (premer, obremenitve, potreben prostor…) V tem učbeniku se s stroškovno analizo ne bomo posebej ukvarjali, temveč se bomo bolj podrobno ukvarjali z lastnostmi in pogoji, ki so pomembni s tehničnega stališča.

3.2 TEHNIČNE KARAKTERISTIKE POLŽNIH GONIL

Najvažnejše tehnične karakteristike vsakega gonila (ne samo polžnega) so tiste, ki jih pričakujemo na izstopni gredi gonila. Ti lastnosti sta: vrtilni moment in vrtilna hitrost gonila. Seveda lahko iz teh dveh, če je potrebno, izračunamo moč gonila!

3.2.1 Izstopni moment gonila Izstopni moment iz gonila T2 je enak momentu, ki ga potrebuje stroj ali naprava, ki ga bo naše gonilo poganjalo. Kako se določajo momenti oziroma upori pri delovanju posamezne naprave ne bo tema tega poglavja, temveč ga določimo na osnovi znanj iz drugih področij (transportne naprave, obdelovalni stroji, mešala, črpalke, vozila) oziroma za kakšne namene bo gonilo uporabljeno. Veličino T2 izračunamo sami oziroma ta podatek dobimo največkrat od naročnika. Brez tega podatka sploh začeti ne moremo. Moment gonila se običajno podaja v enotah za moment oziroma navor po mednarodnem sistemu enot SI: Nm, kNm in Nmm. V učbeniku se uporablja enota Nmm. Po potrebi jo moramo pretvoriti. Pazljivi moramo biti pri drugih enotah (npr.: angleške merske enote) in jih potrebno pazljivo preračunati oziroma poiskati pravilne pretvorbe. Moment odločilno vpliva na velikost gonila in s tem seveda na njegovo ceno. Na primer, s povečanjem osnega razmika raste izstopni moment s tretjo potenco.

3.2.2 Koeficient obratovanja Koeficient obratovanja KA, je odvisen od karakteristik pogonskega motorja in gnanega stroja. Po velikosti se giblje od 1 do 2,25 in več. Podan je v preglednici 3.1. Ta koeficient obratovanja velja za vse vrste gonil. Pri izračunu gonila ga upoštevamo tako, da imenski moment T2 pomnožimo s koeficientom obratovanja (DIN 3990).

Preglednica 3.1 Koeficient obratovanja KA

OBRATOVANJE GNANEGA STROJA OBRATOVANJE POGONSKEGA

MOTORJA Enakomerno (I) Z manjšimi sunki (I)

S srednjimi sunki (II)

Z velikimi sunki (III)

Enakomerno 1,00 1,25 1,50 1,75 Z manjšimi sunki 1,10 1,35 1,60 1,85 S srednjimi sunki 1,25 1,50 1,75 2,00 ali več Z velikimi sunki 1,50 1,75 2,00 2,25 ali več Koeficient obratovanja polžnega gonila določimo nekoliko drugače kot pri drugih gonilih in sicer je potrebno upoštevati še temperaturo okolice (koeficient KT) in dodatno še relativno vklopno dobo (koeficient KED). Temperature okolice višje od 20°C upoštevamo s temperaturnim koeficientom obratovanja KT (slika 3.1 ). Diagram velja za mineralno olje. Za sintetično olje vrednosti korenimo (kvadratni koren).


18

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

0 10 20 30 40 50 60Temperatura okolice ϑ 0 [°C]

Koe

ficie

nt o

brat

ovan

ja-

tem

pera

turn

i K

T [-

]

I,II in III se ujemajo s preglednico 1

Slika 3.1 Temperaturni koeficient obratovanja KT

Relativni čas obratovanja gonila upoštevamo s koeficientom časa obratovanja KED, ki znaša od 0,8 , pri relativnem času obratovanja do 10% , oziroma 1,0 pri relativnem času obratovanja 100% (slika Slika 3.2 ). Ta dva koeficienta (KT in KED) veljata samo za polžna gonila. Dobro ju je, upoštevati že pri zasnovi, saj je potem mnogo več možnosti, da bo na koncu po postopku kontrole vse v redu.

0,75

0,8

0,85

0,9

0,95

1

0 20 40 60 80 10

Relativni vklopni čas ED [%]

Koe

f. ča

sa o

brat

ovan

ja K

ED[-

]

0

III II

I I - manjši sunki II - srednji sunki III - veliki sunki

Slika 3.2 Koeficient časa obratovanja KED

Skupni faktor obratovanja KAS je tako zmnožek vseh treh (enačba 1). Tega tudi upoštevamo v nadaljnjem izračunu!

EDTAAS KKKK ⋅⋅= [-] (3.1)

Pri zasnovi polžnih gonil je primerno upoštevati še vztrajnostne mase pogonskega motorja Jmot in gnanega stroja Jstr. To naredimo dokaj enostavno. Vse vztrajnostne mase reduciramo na gred polža (pravilno upoštevati še prestavno razmerje) in jih primerjamo med seboj po enačbi (3.2) upoštevamo vrednosti v preglednici 3.2. Če so naše potrebe in zahteve take, da tega v preglednici 3.2 ni mogoče izpolniti, potem moramo povečati vztrajnostni moment mase


19

pogonskega motorja. To napravimo tako, da na motor namestimo dodaten vztrajnik s primernim vztrajnostnim momentom. Polžno gonilo ima precejšnjo mero samozavornosti, zato se nihanja (sunki) s strani gnanega stroja na polžu ojačajo in dodatno obremenjujejo elemente gonila (polžnik, polž in ležaje polža (osna sila)).

Preglednica 3.2 Vpliv vztrajnostnih mas Km Vzpon γm [°] z1

do 0,25 je lahko pod 10° 1 in več nad 0,25 do 3 mora biti nad 10° 3 in več nad 3 do 10 mora biti nad 30° 6 in več

mot

strm J

JK = [-] (3.2)

. Večji je koeficient razmerja vztrajnostnih mas Km, večji mora biti kot vzpona polža oz. več zob mora imeti polž. Km večji od 10 je nepriporočljiv za vsa gonila in ne samo za polžna gonila, ker so dodatne obremenitve prevelike. Še posebej so razmere kritične pri uporabi zavornih motorjev.

3.2.3 Izstopna vrtilna hitrost Za izstopno vrtilno hitrost n2 velja podobna ugotovitev kot v prejšnji točki. Spet moramo nujno poznati ali zahteve kupca ali pa moramo sami znati izračunati kaka vrtilna hitrost je potrebna, ali pa jo na kakršen koli način oceniti. Seveda bomo pri nadaljevanju izračuna zelo redko dobili natančno tisto hitrost, ki smo si jo določili. Ta hitrost lahko odstopa v določenih mejah, ki pa se lahko precej razlikujejo odvisno od področja uporabe. V industriji se najpogosteje uporablja kriterij, da zahtevana izstopna vrtilna hitrost n2 ne odstopa več kot ±5%. Glede na hitrost pogona n1 in ciljem n2 določimo dejansko prestavno razmerje gonila. Vrtilna hitrost ima najpogostejšo enoto min-1 (1/min), pogosto se uporablja enota RPM ali R.P.M., ki pa je samo različno zapisana enota min-1 in se zato obe vrednostno ujemata. Mnogo redkeje se uporabljajo še s-1, ki pa je od min-1 60 krat večja enota.

3.2.4 Prestavno razmerje gonila Prestavno razmerje gonila i izračunamo iz že prej omenjenih podatkov. Prestavno razmerje je količnik vrtilne hitrosti na vstopu v gonilo (n1) in tiste na izstopu iz gonila (n2) – enačba 3. Pri zmanjševanju vrtilnih hitrosti (redukciji-R) je prestavno razmerje večje od 1, v primeru povečanja vrtilne hitrosti (multiplikaciji-M) pa manjše od 1.

2

1

nni = [-] (3.3)

Vedno pogosteje se pojavljajo zahteve po spreminjajoči se vrtilni hitrosti, mnogokrat pa po dveh različnih hitrostih. Tega problema pa ne rešimo z gonilom, ampak s pogonskim motorjem in z regulacijo pogonskega motorja. Za gonilo je pomembna določitev prestavnega razmerja, ki mora biti prilagojena pogonskemu motorju, regulaciji in zahtevam stroja ali postrojenja, ki ga poganjamo oziroma tehnološkemu postopku. Prestavno razmerje je veličina, ki odločilno vpliva na ceno, obliko in vrsto gonila, pa tudi na vrsto in velikost pogonskega motorja. Velja obratno sorazmerje: manjši in hitrejši je motor, večje je potrebno prestavno razmerje gonila in gonilo samo.


20

3.2.5 Pogonski motor Uporabljamo več vrst pogonskih motorjev: hidravlični motorji, zračni motorji elektromotorji, motorji z notranjim zgorevanjem… Izbira je odvisna od pogonske energije, ki jo imamo na razpolago. V industriji se v največji meri uporabljajo elektromotorji. Tudi teh je več vrst. Najpogosteje uporabljamo asinhronske motorje s kratkostičnim rotorjem. Zelo enostavno jih je spojiti z omrežjem. Njihova ugodna cena ter tiho in čisto delovanje so največje prednosti pred drugimi pogonskimi motorji. Karakteristika pogonskega motorja je zelo pomembna pri izračunu gonila. Pri izbiri motorja moramo upoštevati zahteve po potrebni moči za pogon naše naprave in hkrati še upoštevati izkoristek vseh elementov in naprav, tako da na izstopni gredi gonila dobimo pričakovan moment T2 in vrtilno hitrost n2. Pri polžnih gonilih je še posebej pomemben izkoristek. Važno je pravilno ovrednotiti celoten izkoristek pogona in izbrati pravilno kombinacijo pogonskega motorja in gonila, ne pa gledati samo motor ali samo gonilo. Pogonskemu motorju je potrebno prilagoditi vstop v gonilo, tako da bo sklop cenovno ugoden in bo tudi zanesljivo deloval.

3.2.6 Izbira materialov polžev in polžnikov Pri polžnih gonilih je izbira materiala zelo pomembna, saj so od pravilne izbire odvisni nosilnost, izkoristek, obraba in cena. Običajno se držimo načela, da sta materiala polža in polžnika različna. Najpomembneje je, da je trenje med polžem in polžnikom čim manjše in nosilnost čim večja. Materiale običajno izbiramo tako, da je polž močnejši, trši in odpornejši proti obrabi od polžnika. Posamezen bok polža je za prestavno razmerje večkrat obremenjen kot bok zoba polžnika. Najpogosteje uporabljani pari materialov so podani v poglavjih 6 in 9.

3.2.7 Določitev modula ozobja Ko smo izbrali materiale ter določili obremenitve in prestavno razmerje lahko izračunamo potreben modul ozobja m po enačbi 3.4. Enačba velja za oblikovno število polža q=10. Lahko jo uporabimo tudi v splošnem, saj moramo na koncu tako ali tako narediti kontrolni izračun. Vrednosti za pdop najdemo v preglednici 3.3.

3

1

243,0zip

KTmdop

AS

⋅⋅⋅

⋅≥ [mm] (3.4)

Preglednica 3.3 Priporočene vrednosti za pdop

Material polžnega zobnika Sn - bron Al - bron Siva ali nod. litina Poliamid Dopustni tlak pdop(N/mm2) 5…8 4…7 2…3 1…2 Pri hitro vrtečih polžih jemljemo manjše vrednosti. Preglednica 3.4 Priporočena števila zob polžev in polžnikov prestavno razmerje i >25…150 12-30 8-20 6-15 5-12 3,5-10 število zob polža z1 1 2 3 4 5 6 število zob polžnika z2 >25…150 24-60 24-60 24-60 24-60 21-60 V primeru, da hočemo malo gonilo, se odločamo za majhen z1, če pa želimo dober izkoristek, vzamemo z1 čim večji. Običajno jemljemo srednje vrednosti, lahko pa se iz posebnih razlogov odločimo tudi za vrednosti, ki odstopajo od priporočenih. Zelo redko uporabimo število zob polža z1 večje od 6 (preglednica 3.4)


21

Preglednica 3.5 Standardni moduli (DIN 3976) in pripadajoči srednji premeri polžev Modul m (mm) 1 1,25 1,6 2 2,5 3,15 4 5 6,3 8 10 12,5 16 20 Srednji premer polža dm1 (mm) 22,4 26,5 31,5 40 50 63 80 95 112 140 170

Srednji premer polža dm1 (mm) 17 22,4 28 28 33,5 42,5 50 63 80 100 118 140 180 212

Srednji premer polža dm1 (mm) 18 21,2 26,5 31,5 40 50 63 75 90 112 132

Priporočljivo je izbirati srednje premere polžev po standardu DIN 3976 zaradi hitrejše in cenejše dobave rezkarjev za polževa kolesa (prednost imajo debelo tiskani premeri). Po DIN 3976 ni predvidenih več modulov in osnih razmikov, kot je v preglednicah 3.5 in 3.8. Za manjša in večja gonila je potrebna izbira po lastni presoji. Po DIN 780 so standardizirani še naslednji manjši moduli: Preglednica 3.6 Standardni moduli – manjši (DIN 780/T2) Moduli (mm) – DIN 780/T2 0,1 0,12 0,16 0,2 0,25 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

Mogoče je uporabljati druge osne razmike, module in srednje premere polžev, še posebej pri velikoserijski proizvodnji. V tem primeru izračunamo srednji premer polža s pomočjo polžne značilnice.

3.2.8 Polževa značilnica q Imenujemo jo tudi oblikovno število polža, ker nam odločilno vpliva na obliko polža (slika 3.1). Izračunamo jo po enačbi

mdq m1= [-] (3.5)

Če ne uporabimo standardnega srednjega premera polža, upoštevamo priporočene vrednosti polžne značilnice iz preglednice 3.7. Najpogostejša vrednost je 10. Preglednica 3.7 Priporočljive polžne značilnice q 1. prednostna vrsta 8 10 12 16 20 2. prednostna vrsta 7 9 11 14 18

a a a

q=7 γm=8.1°

q=10 γm=5.7°

q=17 γm=3.4°

Slika 3.1 Vpliv polžnega značilnega števila q na obliko polžnega gonila z istim osnim

razmakom (a), prestavnim razmerjem (i) in številom zob z1 = 1 (modul ni enak!)


22

Uporabljamo jih iz dveh razlogov. Prvi nam pove kakšne oblike je polž. Če je vrednost majhna, je polž vitek, visoke vrednosti pa imajo togi polži velikih premerov. Drugi razlog je pri izračunu osnega razmika, ki ga enostavno določimo po enačbi 3.6, brez da bi uporabili profilni premik. Vse vrednosti so lahko cela ali celo standardna števila. Zavedati pa se moramo tudi dejstva, da z izbiro polžne značilnice zelo vplivamo na izkoristek polžne dvojice. Slika 3.1 namreč lepo kaže spremembo kota vzpona vijačnice γm, ki v največji meri vpliva na izkoristek (glej poglavje 7.2).

3.2.9 Osni razmik Osni razmiki a so standardizirani po DIN 3976. Priporočljivo se jih je držati. Če to ne gre skušajmo uporabiti standardne osne razmike za zobniška gonila. V tretji vrstici preglednice 3.8 vidimo, da nekateri vodilni proizvajalci (Flender, Thyssen in David Brown) polžnih gonil uporabljajo svoje osne razmike. Lahko si izberemo svoj osni razmik, če imamo zato tehten razlog – ceno. Preglednica 3.8 Standardni osni razmiki

DIN 3976 (R10) 50 63 80 100 125 160 200 250 315 400 500 R20 (ni po DIN 3976) 45 56 71 90 112 140 180 224 280 355 450

Znani proizvajalci 40 65 110 120 139 198 225 320

Za začetek predlagamo, da uporabljate osne razmike po DIN 3976. V kolikor se moramo odločiti za druge osne razmike, je najbolj primerno standardno zobniško iz vrste R20 ali R40. V primeru, da želimo standardno osno višino (DIN 747) ali zobniško polžna gonila in hočemo do konca izkoristiti nosilnost polžne dvojice, bomo vzeli največji mogoči osni razmik, ki še dopušča normalno vgradnjo polžnega para v gonilo. Osni razmik izračunamo po enačbi

2)2(

2)2(

22 1221 mxizqmxzqmxmzda m ⋅⋅+⋅+

=⋅⋅++

=⋅⋅+⋅+

= [mm] (3.6)

3.2.10 Koeficient profilnega premika Izračunani osni razmiki so le redko standardnih velikosti. Tudi celih vrednosti nimajo. Da bi lahko uporabili standardne osne razmike ali vsaj celoštevilčne vrednosti, uporabimo profilne premike. Na polžih ne moremo govoriti o profilnih premikih ampak le o različnih srednjih premerih. Zato se profilni premiki izvedejo samo na polžnikih. Profilni premik lahko tako definiramo kot radialno razdaljo med srednjim in razdelnim premerom polžnika (DIN 3975-1 slika 3.2). Potreben koeficient profilnega premika lahko izračunamo iz obrnjene enačbe 3.6. Pri tem računu upoštevamo želeni (zaokrožen ali standarden) osni razmik (enačba 7).

222zq

max −−= [-] (3.7)

Običajni koeficienti profilnih premikov se gibljejo med –0,7 in +0,4. Pri majhnem številu zob polžnika (20-30) je treba paziti pri uporabi negativnega profilnega premika (spodrezanje zoba polžnika pri izdelavi), pri pozitivnem profilnem premiku pa so zobje lahko koničavi. Koničavost pri polžnikih ni tako velik problem kot pri zobnikih, vseeno pa je že iz estetskih razlogov bolje, da se ji izognemo. Izberemo si lahko faktorje profilnega premika izven navedenih mej, vendar je potrebno kontrolirati spodrezanje oziroma koničavost zob. Pri številu zob polžnika z2 >50 se zaradi izboljšanja ubiranja in izkoristka lahko uporabijo manjši koeficienti profilnih premikov (manjši od -0,7).


23

Slika 3.2 Profilni premik na polžnem paru

3.3 GEOMETRIJSKE KARAKTERISTIKE

Na osnovi izračunanega modula, izbranega srednjega premera polža in osnega razmika si lahko približno določimo glavne dimenzije gonila. Če nam bodo ustrezale, se bomo lotili natančne kontrole (trdnostne in toplotne) in geometrijskih mer polžnega gonila, oziroma jih določili po izkušnjah. Določili bomo dolžino, širino in višino gonila ter osno višino in debelino stene ohišja (slika 3.3). Te mere so okvirne in nam služijo za oceno potrebnega prostora za gonilo in mase gonila. Pri dokončnem oblikovanju gonila jih lahko povečamo, ali pa s konstrukcijskimi rešitvami, (natančnostjo izdelave ter manjšanjem razdalj med stenami in vrtečimi deli gonila) tudi zmanjšamo. V kolikor bi mere bistveno odstopale, je potrebno preveriti ustreznost izbranih konstrukcijskih rešitev.

3.3.1 Debelina stene Izračunamo jo informativno po naslednji enačbi

304,0 +⋅= ads [mm] (3.8) Enačba velja za lito ohišje. Varjene stene so lahko (15 do 25)% tanjše.

3.3.2 Višina gonila Je največja dimenzija gonila in je pravokotna na polž in polžnik. Izračunamo jo po enačbi


24

sdmq

maVI ⋅+⋅⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+⋅+⋅= 24062 [mm] (3.9)

Pri tem je potrebno paziti na pogon polža (motor, jermenica), ki lahko sega preko dimenzij gonila in v bistvu še poveča mere gonila. Če uporabimo zobniško polževo gonilo se dolžina gonila skupaj s pogonom zmanjša, ker vstop ni več na robu gonila na gredi polža, ampak v bližini sredine gonila.

3.3.3 Dolžina gonila Po velikosti je to druga mera polžnega gonila, merimo jo vzdolž polža.

[mm] (3.10) qmVIDO ⋅−= V dolžino gonila ni všteta dolžina vstopne gredi.

d

Slika 3.3 Glavne dimenzije gonila

3.3.4 Širina gonila Tretja dimenzija gonila, ki jo merimo vzdolž osi polžnika.

sdzmŠI ⋅+⋅⋅= 275,0 2 [mm] (3.11) V širino so zajeti ohišje z ležaji in tesnili. Dolžina izstopne gredi iz gonila ni prišteta. Prav tako ni dodana ustrezna večja dimenzija pogona (premer jermenice, verižnika, motorja…), ali dodatnih hladilnih naprav na polžu (okrov ventilatorja…).

3.3.5 Osna višina gonila Je zelo pomembna dimenzija, ki nam pove oddaljenost pritrdilne ploskve do izstopne gredi gonila. Polžna gonila lahko z nogami pritrjujemo s strani kjer ni motorja ali izstopne gredi. To pomeni, da lahko polžno gonilo pritrdimo s treh strani (1,2 in 3 na sliki 3.3, na sliki 3.4 pa z

DO

VI

H

s

ŠI

4

2

3 5

1


25

dveh strani). Izračunali bomo večjo (enačba 12) osno višino, ko gonilo pritrdimo s strani 1 (slika 3.3), kjer je polž. Ostali dve je mogoče enostavno določiti iz drugih mer. Tudi s prirobnico lahko pritrdimo polževo gonilo z dveh strani (4 in 5 na sliki 3.3 ter A in B na sliki 3.5 ), vendar takrat ne govorimo o osni višini.

22ŠIdDOH s −+= [mm] (3.12)

Zaradi enotnega pritrjevanja so tudi osne višine standardizirane (DIN 747), zato je, zaradi zamenljivosti z drugimi gonili, primerno uporabiti standardu ustrezno osno višino. Osna višina je zaradi vgradnje gonila pomembna čeprav ga ne pritrdimo na noge. Takrat je sicer ni potrebno zaokroževati na standardno vrednost, je pa priporočljivo, da je kak milimeter manjša.

3.4 OBLIKA GONILA

Oblika gonila je potrebna za določitev pritrdilnih mest na objektu. Zato se je potrebno odločiti ali bomo gonilo pritrdili z nogami, prirobnico ali momentno ročico.

3.4.1 Gonilo z nogami Kadar gonilo pritrdimo z nogami je potrebno razmisliti o natančnosti vgradnje gonila. Osna višina gonila mora biti usklajena s predvideno osno višino na stroju. Gonilo lahko vgradimo na več načinov. Omenili bi naslednja dva.

• Vstopna gred gnanega stroja ima dvojno vležajenje. Med gonilo in stroj moramo obvezno vgraditi izravnalno gredno vez, ki dopušča vzporeden premik in nevzporednost gredi. Natančnejši bomo pri vgradnji (čim bliže soosnosti), tišje in enakomernejše (tresljaji) bo obratovanje ter daljša življenjska doba gonila, stroja, gredne vezi in ležajev na obeh gredeh.

• Kadar je gred na stroju vležajena samo enkrat in predvidevamo drugo podprtje na gonilu, je potrebno gonilo pri vgradnji zelo natančno prilagoditi (čim bliže soosnosti: mali premik in kot) in na stroj vgraditi prilagodni ležaj, ki deluje kot členek.

Slika 3.4 Pritrditev gonila z nogami V primeru večje nenatančnosti bo življenjska doba gredne vezi ali katerega ležajev bistveno krajša. Zato moramo pri montaži biti zelo natančni in sproti preverjati lahkotnost vrtenja in morebitne zračnosti med podlago in nogami odpravljati s podlaganjem nog. Kontrolo soosnosti gredi kontroliramo z merilno uro ali laserjem. Tipalo namestimo na gred gonila in


26

merimo opletanje gredi stroja pri vrtenju gredi gonila. Pri dokončni pritrditvi (pritegovanje vijakov) se moment vrtenja ne sme bistveno povečati.

3.4.2 Gonilo s prirobnico Prirobnic je mnogo različnih vrst. Različne panoge (vozila, gradbeni stroji, cevovodi, hidravlični stroji, obdelovalni stroji, transportne naprave...) uporabljajo različne prirobnice. Vsako področje ima tudi ustrezne standarde za prirobnice. V splošni strojegradnji in transportnih napravah običajno uporabljamo prirobnice, ki so standardizirane po DIN 42948 in se uporabljajo tudi za pritrjevanje elektromotorjev. Za druge vrste prirobnic je potrebno poiskati ustrezne standarde.

Slika 3.5 Pritrditev gonila s prirobnico

Gonilo lahko ima dve vrsti prirobnic. To sta prirobnici oblike „A“ (B5-DIN 42948 ali FF-po IEC 72) in „C“ (B14- DIN 42948 ali FT-po IEC 72). Na izstopni strani gonila je vedno nameščena „moška“ prirobnica (nastavek sredini po zunanjem valju), na objektu pa vedno „ženska“ prirobnica (sredini luknja). Obe sredilni ploskvi morata imeti ustrezen ujem (ISO 286, DIN 7154, DIN 7155 in DIN 7157), ki je običajno prehoden (H/j). Izberemo si lahko tudi druge dimenzije in oblike prirobnic, vendar moramo razmisliti o zamenljivosti gonil z gonili drugih proizvajalcev.

3.4.2.1 Prirobnica oblike A Prirobnica ima skoznje luknje za pritrditev na objekt (slika 3.5 ) in potrebuje dostop v smeri osi prirobnice vsaj s strani gonila. Tako gonilo je običajno nekoliko „širše“ v smeri osi polžnika in je to potrebno pri zasnovi upoštevati.

3.4.2.2 Prirobnica oblike C Prirobnica ima navojne izvrtine, ki so lahko narejene neposredno na ohišje in ne zahtevajo večjega gonila. Paziti je potrebno, da ne bodo luknje pregloboke, da bi iztekalo mazivo. Če pa so navojne luknje na posebnem pokrovu, je potrebno paziti, da ne bi bili pritrdilni vijaki predolgi in bi po pritrditvi odrivali ohišje: posledica je ista – iztekanje olja. S strani gnanega stroja je potreben dostop, da lahko vstavimo in privijemo vijake. Gonilo lahko pritrdimo na več načinov. Posebej bi omenili dva. Gonilo in stroj imata ločeni gredi ali pa skupno gred. Ločene gredi zahtevajo dve natančno izdelani prirobnici, ki morata biti soosni z gonilom in obe pravokotni na osi objekta in gonila. Pri privijanju je potrebno paziti na, da je zračnost med prirobnicama po vsem obodu enaka, in da po privitju prosto vrtenje gonila ne nudi bistveno večjega upora kot pred privitjem. Primerna je izvedba z votlo gredjo (nasadno gonilo), saj lahko skrajša stroj v smeri osi gonila vsaj za dolžino prostega konca gredi in ne zahteva posebne gredne vezi.


27

Pri skupni gredi mora biti zagotovljena soosnost prirobnic in ustrezen način vležajenja. Vležajenje je lahko samo na gonilu, po en ležaj na gonilu in stroju, ter skupen ležaj na mestu spajanja gonila in stroja. Pri oblikovanju in dimenzioniranju gredi je potrebno še posebej razmisliti o načinu montaže in tesnjenja. Gonilo in stroj lahko imata tudi skupno mazanje. Prednost izvedbe s po enim ležajem na gonilu in stroju je zmanjšanje dimenzij in mase ter je zelo zanesljiv. Osno silo naj prevzame ležaj na gonilu zaradi potrebne natančne lege polžnika.

3.4.3 Gonilo z momentno ročico

Slika 3.6 Pritrditev gonila z momentno ročico

To je najenostavnejši in najbolj zanesljiv način pritrjevanja gonila na objekt. Na objektu potrebujemo samo primerno izdelano gred in pa pritrdilno mesto za momentno ročico. Gred je lahko polna ali votla. Tudi gonilo je lahko nasadno ali s polno gredjo; običajno je gonilo nasadne izvedbe z votlo gredjo (Aufsteckausführung, Shaft Mounted), gred na stroju pa polna. Gredi povežemo z moznikom ali krčno pušo (schrumpf scheibe, shrink disk). Gonilo pritrdimo na gred in preko momentne ročice preprečimo obračanje gonila. Na mestu pritrditve momentne ročice na objekt lahko vstavimo vzmeti, ki blažijo udarce in nihanja (gumijasta vzmet). Momentno ročico lahko izdelamo skupaj z gonilom in jo lahko uporabimo kot obesni člen pri prenašanju gonila, ali pa je izdelana kot poseben element in je pritrjena na gonilo z vijaki. Taka pritrditev ne zahteva velikih natančnosti. Ker so polžna gonila običajno simetrična, lahko imamo izstopno gred, prirobnico ali momentno ročico na levi, desni in obeh straneh gonila (oznaki A in B na sl. 3.4 , 3.5 in 3.6 ).

3.5 POLOŽAJ VGRADNJE

Pri zasnovi gonila je potrebno določiti položaj vgradnje. To je potrebno zaradi prostorske postavitve gonila na objekt. Pri izvedbi gonila je mnogokrat pomemben položaj polža – slika 3.7: spodnji polž - slika 3.7a, zgornji polž – slika 3.7b ter stranski navpični – slika 3.7c ali vodoravni polž – slika 3.7č. To je zelo pomembno pri mazanju gonila in potrebni količini olja. Prednost imajo gonila s spodnjim polžem, ker je takrat mesto ubiranja najbolje mazano in hlajeno. Oznake osnovnih položajev vgradnje gonil so standardizirane po DIN 42950 in se kombinirajo skupaj z obliko gonila. Dodatne oznake si bomo določili po potrebi. Od položaja vgradnje gonila je odvisen tudi položaj čepov za kontrolo količine in izpust olja ter odzračnika.


28

a) b)

c)

č)

Slika 3.7 Mogoči položaji polža glede na polžnik: a) polž pod polžnikom b) polž nad polžnikom, c) polž na strani, os polžnika vertikalna

č) polž na strani, os polžnika horizontalna

Geometrija valjastih polžnih dvojic

29

4 GEOMETRIJA VALJASTIH POLŽNIH DVOJIC V tem poglavju so podane enačbe, definicije in osnovni pojmi obeh elementov polžne dvojice – polža in polžnika. Podane so osnove ubiranja, dotikalnih linij in polja ubiranja ter stopnje prekrivanja in potrebno število zob polžnika. Po navodilih standarda DIN 3966 sta prikazani risbi in preglednici za polž in polžnik z vsemi potrebnimi podatki.

4.1 UVOD

Če želimo kakovostno izdelati polžasti par (polž in polžnik) moramo seveda podrobno poznati terminološke izraze in njih definicije in označbe. Vse to se namreč pojavlja tako na risbah kot tudi tehnološki dokumentaciji. To spoznanje je zelo pomembno, tako pri izdelavi obeh elementov kakor tudi pri kontroli merilnih veličin. Prav je, da te izraze osvojijo vsi, ki so kakorkoli povezani z izdelavo ali kontrolo, sicer ne dobimo geometrijsko pravilnih izdelkov ter v končni posledici ne gonila, ki bi zadovoljilo našim robnim pogojem. Pa tudi komunikacija ni mogoča. Poglavje podaja tudi vpogled v ubiranje polžne dvojice, ki je pomembno za izkoristek, obrabo in jamičenje ter vse druge nevšečnosti, ki nastopajo pri obratovanju. Na koncu je podano ubiranje polžnega para in potrebno število zob polžnika.

Izhajajoč iz pravilne zasnove polžnega gonila, je v nadaljevanju potrebno določiti osnovne geometrijske veličine, t.j. dimenzije polžne dvojice. Polžno gonilo z valjastim polžem je zobniško gonilo z mimobežnimi osmi. Kot med osema je večinoma 90°. Sestavljeno je iz polža (valjastega polža) in polžnika (slika 4.1). Razen v izjemnih primerih ima polž manjši premer kot polžnik in kot vzpona, ki ni večji od 45°.

a

polž polžnik

Σ=90°

dk

Slika 4.1 Polžna dvojica z valjastim polžem

Medsebojna lega osi zobnikov je določena z linijo osnega razmika in kotom med osema. Linija medosnega razmika (linija mimobežnosti) je skupna pravokotnica na mimobežni osi polža in polžnika (slika 4.2).


30

a

kotalnaravnina

polžnik

kotalni valj os polžnika

linija medosnegarazmika

kotalni (razdelilni)krog polžnika

srednja ravninapolžnika

kotalna os

os polža

Σ=90°.

.

srednji valj polža

Slika 4.2 Osnovni pojmi valjaste polžne dvojice

4.2 DEFINICIJE POJMOV IN DOLOČILNE VELIČINE POLŽA

Za prenos vrtilnega gibanja s polža na polžnik je odločilna kotna hitrost polžnega ozobja, ki jo dobimo iz vrtilne hitrosti n1, števila zob z1 in osnega razdelka px. Ker je osni razdelek na vseh polmerih polža enak, nimamo na polžih razdelnega valja ali razdelnega kroga. Zato je izhodna ploskev za določanje določilnih veličin polžnega ozobja srednji valj (slika 4.2, dm1). Določilne veličine ozobja polžnega gonila določamo v srednji ravnini ali liniji (slika 4.2). Z veličinami: modul (osni modul), višina zobnega vrha in zobnega korena, kakor tudi zobna debelina, dobimo obliko zoba polža iz izdelovalnega profila, ki ga določa orodje. Profil polža v osnem prerezu je profil za ozobje polžnika v srednji ravnini. Izhodni profil polžnika dobimo torej v osnem prerezu polža. V tem prerezu določamo mere zobne višine, temenske razstope in zobne debeline. Vse definicije tega poglavja se nanašajo na valjaste polže brez odstopkov in napak. Enačbe torej veljajo za imenske mere ozobja (slika 4.3; glej tudi sliko 4.6). Veličine valjastih polžev (v nadaljevanju polžev) označujemo z indeksom 1.

4.2.1 Prerezi polža Zaradi enostavnega in lažjega sporazumevanja so definirani različni prerezi v katerih opazujemo zobe polža in v katerih so definirane različne geometrijske veličine polžev. Razlikujemo osni, normalni, radialni in valjaste prereze polža.

4.2.1.1 Osni prerez polža Osni prerez polža je prerez polžnega ozobja z ravnino, ki poteka vzporedno z osjo polža (slika 4.3). Veličine v osnem prerezu označujemo z indeksom x.


31

b1

pz1

px

h a1

h f1

c 1

d m1

d a1 z1=4

osna ravnina

srednja linija osnega profila

srednja zavojnica polža

z

y

1

2

3

4

a) b)

Slika 4.3 Osni in radialni prerez polža: a) osni prerez polža, b) radialni prereza polža

4.2.1.2 Normalni prerez polža Normalni prerez polža je prerez polžnega ozobja z ravnino, ki poteka pravokotno na bočnice (slika 4.4). Veličine v normalnem prerezu označujemo z indeksom n.

Prerez N-N

pz1=z1⋅px

d f1

d m1

d a1

hfha

smnemn

pmn

γm

γ mβ m

N

N

h

Slika 4.4 Normalni prerez polža

4.2.1.3 Radialni prerez polža Radialni prerez polža je prerez polžnega ozobja z ravnino, ki je pravokotna na os polža (slika 4.3). Veličine v radialnem prerezu označujemo z indeksom t.

4.2.1.4 Valjasti prerez polža Pri raziskavah ubirnih razmer si moramo pogosto pomagati s prerezi ozobja z valji okoli osi polža, ki jih imenujemo valjasti prerezi.


32

4.2.2 Določilne veličine polža – splošne

4.2.2.1 Število zob polža Polž ima lahko enega ali več zob, ki se vijejo kakor stopnje vijakov pri nespremenjeni višini vzpona okoli osi polža. Število zob je število v radialnem prerezu prerezanih zob (slika 1z4.3).

4.2.2.2 Ozobno razmerje Ozobno razmerje zob u je razmerje števila zob polžnika z2 in števila zob polža z1. Ozobno razmerje u je vedno večje ali enako ena (u 1). ≥

1

2

zz

u = (4.1)

4.2.2.3 Premer srednjega valja polža Osnovna geometrijska veličina valjastega polža je premer srednjega valja polža dm1 (slika 4.3) Izračunamo s pomočjo enačbe 5.2 ali pa izberemo standardnega (glej poglavje 4.2.8)

m

nm

mzmqdγ

⋅=⋅=

sin1

1 (4.2)

Glede na konstrukcijske zahteve lahko premer srednjega valja svobodno izbiramo. Standardizirane vrednosti in prioritetne vrste priporoča DIN 3976.

4.2.2.4 Srednji kot vzpona polža Srednji kot vzpona polža mγ je ostri kot med tangento na bočnico srednjega valja in ravnino radialnega (čelnega) prereza (slika 4.3).

qz

dzm

mm

1

1

1tan =⋅

=γ (4.3)

4.2.2.5 Srednji nagibni kot Srednji nagibni kot mβ in srednji kot vzpona sta komplementarna kota (slika 5.4). Ta kot je enakovreden kotu poševnosti pri zobnikih s poševnim ozobjem.

mm γ−°=β 90 (4.4)

4.2.2.6 Normalni razdelek na srednjem valju polža Normalni razdelek na srednjem valju je ločna razdalja, ki jo merimo v normalnem prerezu polža na srednjem valju med dvema istoimenskima zobnima bokoma dveh sosednjih zob (slika

mnp

4.4).

4.2.2.7 Višina zoba polža Višina zoba 1 je radialna razdalja med temenskim valjem in vznožnim valjem polža, ki je enaka vsoti višine zobnega vrha in višine zobnega korena (slika

h4.4).

( 11111 21

fafa ddhhh −⋅=+= ) (4.5)

4.2.2.8 Višina zobnega vrha polža Višina zobnega vrha (slika 1ah 4.4) je v splošnem enaka modulu.

mha ⋅= 11 (4.6)


33

V posebnih primerih (npr. pri delilnih polžih ali pri polžih s posebno velikim kotom vzpona) lahko nadomestimo koeficient 1 z ustrezno večjim ali manjšim koeficientom.

4.2.2.9 Premer temenskega valja polža Premer temenskega kroga (slika 1ad 4.4) izračunamo po enačbi:

111 2 ama hdd ⋅+= (4.7)

4.2.2.10 Višina zobnega korena polža Višina zobnega korena (slika 1fh 4.4) je:

( )*11 1 cmh f +⋅= (4.8)

V posebnih primerih (npr. pri delilnih polžih ali pri polžih s posebno velikim kotom vzpona) lahko nadomestimo koeficient 1 z večjim ali z manjšim koeficientom. c1* je koeficient temenskega razstopa polža (glej poglavje 5.2.3.1). Zaradi večje nosilnosti polžnika je zaželeno, da je c1* čim manjši. Na splošno znaša vrednost c1* od 0,1 do 0,3. S standardom EDIN 3975-11 je priporočena vrednost 0,2. Koeficient c1* moramo upoštevati pri izdelavi oziroma naročilu orodja za izdelavo polžnika. c1* moramo upoštevati pri izdelavi oziroma naročilu orodja za izdelavo polžnika.

4.2.2.11 Premer vznožnega valja polža Premer vznožnega kroga (slika 1fd 4.4) izračunamo po enačbi

d d hf m1 1 2= − ⋅ f 1 (4.9)

4.2.3 Določilne veličine v osnem prerezu

4.2.3.1 Korak vijačnice Korak vijačnice je razdalja med dvema zaporednima zavojema istega zobnega boka enega zoba, ki jo merimo vzporedno z osjo polža (slika

1zp4.3).

Korak vijačnice enega zobnega boka polža je na področju med temenskim valjem in vznožnim valjem na vsaki razdalji od polžne osi enako velik.

4.2.3.2 Reduciran korak vijačnice Za preračune potrebujemo včasih reduciran korak vijačnice.

2211

1zmpp z

redz⋅

=π⋅

= (4.10)

4.2.3.3 Osni razdelek Osni korak je osi polža vzporedna razdalja med dvema istoimenskima zobnima bokoma dveh sosednjih zob (slika

xp4.3).

π⋅== mzp

p zx

1

1 (4.11)

4.2.3.4 Modul Modul m (osni modul) dobimo ko osni razdelek delimo s π: 1 črka E pomeni osnutek (Entwurf) standarda


34

π== x

xp

mm (4.12)

Opomba: V polžnih gonilih , ki imajo kot osi manjši od 90° (Σ<90°) ima polž osni modul , polžnik pa ima radialni modul . Pri kotu osi Σ=90° je osni modul polža ( ) enak

radialnemu modulu polžnika ( ). Pri takšnih polžnih gonilih pišemo modul brez indeksa. Kote osi Σ=90° v praksi tudi največ uporabljamo, zato uporabljamo modul m.

xm tm xm

tm

4.2.4 Debelina zoba, širina medzobne vrzeli Debelino zoba in širino medzobne vrzeli polža navajamo ponavadi v normalnem prerezu. Vrednosti teh dveh veličin pa lahko navajamo oz. merimo tudi v kakem drugem prerezu, npr. v osnem prerezu. V tem primeru moramo uporabljati ustrezne indekse ali pa rezultate preračunati na normalni prerez.

4.2.4.1 Debelina zoba na srednjem valju v normalnem prerezu Debelina zoba na srednjem valju v normalnem prerezu smn je dolžina loka vijačnice na srednjem valju, ki poteka pravokotno na bočnico srednjega valja med desnim in levim bokom enega zoba (slika 4.4). Izračunamo jo po enačbi:

mmnms γπ cos

2⋅

⋅= (4.13)

4.2.4.2 Tetivna debelina zoba na srednjem valju v normalnem prerezu Tetivna debelina zoba na srednjem valju v normalnem prerezu mns je najkrajša razdalja med bočnicama srednjega valja na enem zobu (slika 4.4). To veličino lahko enostavno zmerimo.

4.2.4.3 Širina medzobne vrzeli na srednjem valju v normalnem prerezu Širina medzobne vrzeli na srednjem valju v normalnem prerezu emn je dolžina loka vijačnice na srednjem valju, ki poteka pravokotno na bočnico srednjega valja med bokoma ene vrzeli (slika 4.4). Izračunamo jo po enačbi:

mmnme γπ cos

2⋅

⋅= (4.14)

4.2.4.4 Debelina zoba na srednjem valju v osnem prerezu Imenska debelina zoba na srednjem valju v osnem prerezu smx (slika 4.3) se izračuna z naslednjo enačbo:

2cosπ⋅

=γ

=mss

m

mnmx (4.15)

4.2.4.5 Širina medzobne vrzeli na srednjem valju v osnem prerezu Imenska širina medzobne vrzeli na srednjem valju v osnem prerezu emx (slika 4.3) se izračuna z naslednjo enačbo:

2cosπ⋅

=γ

=mee

m

mnmx (4.16)

4.2.5 Posebne določilne veličine pri ZI polžih ZI polže lahko smatramo za valjaste zobnike s poševnim evolventnim ozobjem (glej DIN 3960). Razlika je samo v načinu določitve višine zoba in naslednjih :


35

• ZI polže izdelujemo v splošnem s številom zob = 1...6, oblika zobnika pa je določena s številom zob , osnim modulom m (glej poglavje 5.12), srednjim kotom vzpona

1z

1z mγ oziroma kotu poševnosti βm pri čemer je večinoma βm>45°;

• valjaste zobnike s poševnim evolventnim ozobjem izdelujemo večinoma s številom zob , oblika zobnika pa je določena s številom zob, normalnim modulom (modul

izhodnega profila je enak normalnemu modulu zobnika), z nagibnim kotom bočnic βm in s koeficientom profilnega premika x, pri čemer je večinoma βm<30°.

6>z nm

• polži imajo izhodiščni profil v osnem prerezu, zobniki pa v normalnem Premer srednjega valja dm1 polža je enak premeru razdelnega kroga d ustreznega poševno ozobljenega valjastega zobnika. Izdelovalni kot je enak nagibnemu kotu izhodnega profila 0α POα in ubirnemu kotu nα v normalnem prerezu poševno ozobljenega zobnika. Za preračunavanje določilnih veličin veljajo naslednja razmerja:

mxn mm γcos⋅= (4.17)

mm γβ −°= 90 (4.18)

bb γβ −= 90 (4.19)

4.2.5.1 Osnovni valj (premer osnovnega kroga) Osnovni valj je valj okoli osi polža, od koder se razvija evolventni zobni bok (slika 4.5). Premer osnovnega kroga izračunamo po enačbi:

d dm z

b mm

b b1 1

1= ⋅ =⋅tan

tan tanγγ γ

(4.20)

4.2.5.2 Kot vzpona na osnovnem valju Kot vzpona bγ na osnovnem valju je kot med tangento na vijačnico na osnovnem valju in poljubno radialno ravnino (slika 4.5). Kot vzpona na osnovnem valju izračunamo po enačbi:

0coscoscos α⋅γ=γ mb (4.21)

4.2.5.3 Izdelovalni kot Je ostri kot med pravokotnico na polža in oblikovno črto-konturo rezalnega roba orodja. Pri polžu oblike ZI je ta kot enak vpadnemu kotu αn boka polža na srednjem valju v normalnem prerezu. Pri drugih oblikah polžev to več ne drži in je potrebno pri izdelavi polža in polžnika upoštevati – določiti ustrezen izdelovalni kot, če hočemo v normalnem prerezu določen vpadni kot profila αn npr. αn=20°. To moramo upoštevati še posebej pri večjih kotih vzpona γm oziroma večvojnih polžih.


36

tvornica

d m1

d b1

γb

pb

Prerez A-A

A

A

Slika 4.5 Dodatne določilne veličine pri ZI polžih

4.2.5.4 Razdelek na osnovnem valju Razdelek na osnovnem valju je najmanjša razdalja med dvema zaporednima istoimenskima zobnima bokoma v ravnini, ki tangira osnovni valj (slika

pb

4.5).

p mb = b⋅ ⋅π γcos (4.22)

4.2.5.5 Širina polža Širina polža b je razdalja med radialnima površinama zob, ki jo merimo v smeri osi polža (slika

1

4.3). Širina polža naj bo tolikšna, da pridejo do ubiranja vse možne dotikalne točke. To pa dosežemo, če je:

22

221 ddb a −≥ (4.23)

Pri polžnih gonilih brez profilnega premika je: 12 21 +⋅⋅≥ zmb (4.24)

4.2.5.6 Izbočenje zobnih bokov Izbočenje zobnih bokov je namerno korigiranje zobnih bokov, da bi preprečili prenos tlaka v bližini zobnih robov. Pri polžih gre vedno za višinsko izboklost, t.j. odstopek zobnega profila na zobnem vrhu in zobnem korenu od zobnega profila, ki bi nosil po vsej višini. Če je potrebno izdelamo polže z višinsko izboklostjo, pri čemer lahko korigiramo profil zobnega vrha ali zobnega korena ali pa profil zobnega vrha in zobnega korena hkrati.

4.3 DEFINICIJE POJMOV IN DOLOČILNE VELIČINE POLŽNIKA

Vse definicije v tem poglavju se nanašajo na polžnike brez odstopkov in napak. Enačbe veljajo za imenske mere določilnih veličin ozobja polžnika. Polžnik je proti zobnik polža. Ubirni kot in debelina zoba polžnika sta določena z veličinami polžnega zoba v kotalni ravnini. Oblika zob polžnika je odvisna od oblike polžnega zoba, po katerem je oblikovano orodje za obdelavo ozobja polžnika, kakor tudi od števila zob polžnika in medosnega razmika. Veličine na polžniku praviloma označujemo z indeksom 2.


37

4.3.1 Modul in smer vzpona

4.3.1.1 Modul Modul m (radialni modul ) polžnika je enak modulu (osnemu modulu ) polža za kot med osema polža in polžnika Σ=90°.

tm xm

xt mmm == (4.25)

4.3.1.2 Smer vzpona zobnih bokov Smer zobnih bokov polžnika je odvisna od smeri zobnih bokov pripadajočega polža. Polžnik z desno (levo) smerjo zob dvojimo vedno s polžem z desno (levo) smerjo zobnih bokov polža.

4.3.2 Določilne veličine v srednji ravnini Srednja ravnina (slika 4.2 in 4.6) Pri polžnem gonilu z valjastim polžem s kotom osi

je srednja ravnina polžnika tista ravnina, ki je pravokotna na os polžnika in v njej leži os polža. Σ = °90

V srednji ravnini navajamo določilne veličine polžnika, ki so prikazane na sliki 4.6.

d 2

se

p

ϑ

da1

r k rm

b2

a

c 2

d f2

h f

h a

d e

d a2

d 2

xm

Slika 4.6 Mere polžnika

4.3.2.1 Razdelni krog, premer razdelnega kroga Pri polžniku se razdelni krog vedno ujema s kotalnim krogom. Premer razdelnega kroga je premer kotalnega valja (slika 4.6). Premer razdelnega kroga izračunamo po enačbi:

22 zmd ⋅= (4.26)


38

4.3.2.2 Razdelek na razdelnem krogu Razdelek p2 (razdelek na razdelnem krogu) je dolžina loka na razdelnem krogu med dvema zaporednima istoimenskima zobnima bokoma polžnika (slika 4.6). Njegova imenska vrednost je enaka aksialnemu razdelku px polža. Izračunamo ga po enačbi:

2

22 z

dmp π⋅=π⋅= (4.27)

4.3.2.3 Premik profila osnovne zobnice Premik profila osnovne zobnice mx ⋅ je radialna razdalja med srednjim valjem polža in razdelnim krogom polžnika (slika 4.6). Ta razdalja je določena z določilnimi veličinami polža in polžnika (modul m, število zob z2) in medosnim razmikom polžnega gonila, ki jo lahko določimo glede na konstrukcijske zahteve. Premik profila osnovne zobnice izračunamo z enačbo:

( 2121 ddamx m +⋅−=⋅ ) (4.28)

Prednost dajemo pozitivnim premikom profila osnovne zobnice x m⋅ ≥ 0. Pri pozitivnem premiku profila osnovne zobnice je medosni razmik polžnega gonila večja za vrednost x m⋅ od vrednosti, ki jo dobimo iz m, z2 in q.

4.3.2.4 Koeficient premika profila osnovne zobnice Koeficient premika profila osnovne zobnice izračunamo s pomočjo naslednje enačbe. Glej poglavje 4.1.10 in enačbo 4.7.

22zq

max +

−= (4.29)

4.3.2.5 Debelina zoba na razdelnem krogu Debelina zoba na razdelnem krogu s2 je dolžina loka na razdelnem krogu med obema bokoma enega zoba polžnika (slika 4.6). Imenska mera debeline zoba na polžniku je enaka razdelku na razdelnem krogu polžnika zmanjšana za zobno debelino polža, ki jo merimo v osni smeri na polmeru polža . Ta zobna debelina polža je odvisna od medosnega razmika in oblike zobnega boka polža. Pri polžnikih brez premika profila osnovne zobnice je:

mxrra m ⋅+=− 12

22π⋅

=ms (4.30)

Bočni razstop lahko dobimo, če izdelamo ozobje polžnika z negativnimi odstopki zobnih debelin.

4.3.2.6 Širina medzobne vrzeli na razdelnem krogu Širina medzobne vrzeli na razdelnem krogu e2 je dolžina loka na razdelnem krogu znotraj ene medzobne vrzeli polžnika. Imenska mera širine medzobne vrzeli je enaka imenski zobni debelini polža na polmeru mxrra m ⋅+=− 12 v osnem prerezu. Pri polžniku brez premika profila osnovne zobnice se širina medzobne vrzeli na razdelnem krogu izračuna po naslednji enačbi:

22π⋅

=me (4.31)

4.3.3 Osni prerez polžnika in določilne veličine v osnem prerezu Prerez ozobja polžnika, ki leži na osi polžnika, je osni prerez polžnika.


39

4.3.3.1 Površina srednjega žleba, polmer srednjega žleba Površina srednjega žleba je globoidna površina na polžniku, ki se dotika srednjega valja polža (slika 4.6). Polmer srednjega žleba polžnika je enak polmeru srednjega kroga r polža (enačba 5.2).

m1

4.3.3.2 Višina zoba polžnega zobnika Višina zoba je vsota višine zobnega vrha in višine zobnega korena (slika h2 ha2 hf 2 4.6).

h h ha f2 2= + 2 (4.32)

4.3.3.3 Višina zobnega vrha Po standardu DIN 3975 so vse zobne višine polžnika za vse srednje kote vzpona mγ določene v odvisnosti od modula m. Višina zobnega vrha polžnika navajamo od razdelnega kroga (slika

ha2

4.6). (h ma2 1= ⋅ + )x

)2

(4.33) V posebnih primerih lahko faktor 1 ustrezno nadomestimo z večjim ali manjšim faktorjem.

4.3.3.4 Višina zobnega korena in koeficient temenskega razstopa Višino zobnega korena polžnika navajamo od razdelnega kroga (slika hf 2 4.6).

(h m x cf 2 1= ⋅ − + * (4.34) V posebnih primerih lahko nadomestimo faktor 1 z ustrezno večjim ali manjšim faktorjem. Koeficient temenskega razstopa je v splošnem =0,1...0,3. Prednost dajemo vrednosti

=0,2. c2

* c2*

c2*

4.3.3.5 Ploskev zobnega temena Ploskev zobnega temena je rotacijska površina okoli osi polžnika, ki omejuje zobe polžnika od zunaj. To površino sestavljata na splošno površina temenskega žleba in zunanji valj.

4.3.3.6 Površina temenskega žleba, polmer temenskega žleba Površina temenskega žleba je globoidni del temenske površine; tvornica te površine je krožni lok s središčem v osi polža. Polmer temenskega žleba je polmer kroga, ki ustvarja površino temenskeka žleba (slika rk

4.6). Njegova imenska mera je:

22a

kdar −= (4.35)

4.3.3.7 Temenski krog, premer temenskega kroga Temenski krog je prerezni krog površine temenskega žleba z srednjo ravnino polžnika (slika 4.6). Premer temenskega kroga izračunamo po enačbi:

( xmdda +⋅⋅+= 1222 ) (4.36)

4.3.3.8 Zunanji valj, zunanji premer Zunanji valj je valjasti del temenske površine, njegov premer je zunanji premer (slika d e2

4.6). Ta premer je največji premer telesa polžnika, njegovo mero pogojujejo konstrukcijski vidiki. Za oceno velja:

mdd ae +≈ 22 (4.37)


40

4.3.3.9 Kot širine polžnika Kot širine polžnika ϑ je središčni kot tvornice srednjega žleba med stranskima oz. temenskima površinama ozobja (slika 4.6).

4.3.3.10 Ploskev dna medzobne vrzeli Ploskev dna medzobne vrzeli je globoidna površina do katere so vrezana medzobja v telo polžnika.

4.3.3.11 Vznožni krog, premer vznožnega kroga Vznožni krog je prerezni krog ploskve dna medzobne vrzeli s srednjo ravnino polžnika (slika 4.6). Premer vznožnega kroga v splošnem izračunamo po enačbi: d f 2

(d d m cf a2 2 2 2= − ⋅ ⋅ + * )2 (4.38)

b2H=b2+2mx= 21

21a dd − +2mx

b2R=b+mx

b2H

b2

2m≈

d a1

b2R

b2H

d e2

dm1

Slika 4.7 Širine polžnika

4.3.3.12 Širina polžnika Širina zoba polžnika b2 je razdalja med ravninama, ki sta pravokotni na os polžnika in vsebujeta presečnici površine srednjega žleba in stranskih površin (oz. temenskih površin) ozobja (slika 4.7). V običajnem primeru, če so zobje oblikovani simetrično na srednjo ravnino, je to dolžina tetive kroga, ki tvori površino srednjega žleba med presečnicama tega kroga s stranskima (temenskima) površinama ozobja.

22

21

max22 222 ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ −−⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛=≤ em d

ad

bb (4.39)


41

4.3.3.13 Širina polžnika Širina polžnika b2H (slika 4.7) je najbližja razdalja med presečiščem temenskega kroga valjastega frezala in konturo surovca (venca) polžnika.

4.3.3.14 Širina polžnika Širina polžnika b2R (slika 4.7) je širina telesa polžnika.

4.3.4 Temenski razstop (ohlap, zračnost) Razdalja na srednjici polža in polžnika med temenskim valjem enega elementa in vznožnim valjem drugega elementa se imenuje temenski razstop.

4.3.4.1 Temenski razstop polža Je razdalja na osnem razmiku med temenskim valjem polža in vznožnim valjem polžnika. Določimo jo po naslednji enačbi.

mcddac fa ⋅=−⋅−= *)(21

1211 (4.40)

Koeficient temenskega razstopa polža c1* moramo upoštevati pri izdelavi oziroma naročilu orodja za izdelavo polžnika. Glede na nosilnost polžnika je zaželeno, da je c1* čim manjši.Na splošno znaša od 0,1 do 0,3, s standardom EDIN 3975-1 je priporočena vrednost 0,2 (glej poglavje 5.2.2.10).

4.3.4.2 Temenski razstop polžnika Je razdalja na osnem razmiku med temenskim valjem polžnika in vznožnim valjem polža. Določimo jo po naslednji enačbi.

mcddac fa ⋅=−⋅−= *)(21

2122 (4.41)

Koeficient temenskega razstopa polžnika c2* moramo upoštevati pri izdelavi oziroma naročilu orodja za izdelavo polža. c2* na splošno znaša od 0,1 do 0,3, s standardom EDIN 3975-1 je priporočena vrednost 0,2.

4.3.5 Bočni razstop (zračnost, ohlap) V splošnem je bočni razstop razdalja v določeni smeri med nedelavnima bokoma zob polža in polžnika, ki sta vgrajena v ohišje, če se delavni boki dotikajo. Imenski bočni razstop določimo iz dovoljenih odstopkov debeline zob pri idealno izdelanih (brez drugih odstopkov in napak) polžu in polžniku. Odstopanja od imenskega bočnega razstopa se povečujejo z odstopki osnega razmika in odstopkih vzpona (razdelka). Krožni tek povzroča spreminjanje bočne zračnosti. Dejanski bočni razstop se tako spreminja od zoba do zoba pa tudi med ubiranjem dveh zob. Pri podajanju bočnega razstopa je tako potrebno povedati kako in kje je bočni razstop izmerjen in ali je to največja, najmanjša ali srednja vrednost. Pri polžnih gonilih v glavnem uporabljamo dve različna bočna razstopa.

4.3.5.1 Krožni bočni razstop Krožni bočni razstop jt je največja dolžina krožnega loka na kotalnem valju, za katero se lahko zavrti polžnik, če polž miruje.

4.3.5.2 Aksialni bočni razstop Aksialni bočni razstop jx je razdalja v osni smeri polža med nedelavnima bokoma zob polža in polžnika, če se delavna boka dotikata.


42

4.4 UBIRANJE POLŽNE DVOJICE

Karakteristike gibanja polžnih gonil so v glavnem podobne gibanju valjastih zobnikov z vijačnimi zobmi (vijačniki), s to razliko, da se pri polžnih gonilih dotik ustvarja v liniji, zato je gibanje bližje gibanju matice in vijaka. Polžnik se načeloma lahko obravnava kot valjasti zobnik s poševnimi zobmi. Pri vrtenju, opazovano v vzdolžni smeri, ima polž enakomerno gibanje navojnih profilov v osni smeri.

A5 A4 A3

A2A1

A1A2

A3A4

A5

1

2

3 4

5 γ

1 2 3 4 5

C1 C3 C5

ϕ ϕ

rar b

αw

Slika 4.8 Konstrukcija ubirnic

Gibanje polžnika bo enako, če se polž vrti enakomerno okrog svoje osi ali če ima ustrezen osni pomik. V primeru, da gredi oklepata kot ∑ = 90°, predstavljajo profili vijačnice polža v srednji ravnini polžnika zelo enostavno ubirno črto, ki ustreza ubiranju zobnice (osni presek polža) s profili srednjega preseka zob polžnika. Za preseke, ki ležijo izven sredine polžnika, se stik lahko prenese na stik zobnice z ustreznim profilom polžnika. Ravnine, vzporedne z osjo polžnika, sekajo polž v presečiščih, ki imajo različna zakrivljenja in različne nagibe (slika 4.8).

Ubirnico lahko določimo tudi s pomočjo osnovnega zakona ozobja. Na sliki 4.8 predstavljajo A1 do A5 ubirnice, ki prehajajo skozi kinematične točke C1 do C5, ki ležijo na kinematični osi. Ubirnice pri tem menjajo svoj nagib in potek odvisno od nagiba in zakrivljenosti bokov od 1 do 5.

4.4.1 Ubiranje, polje ubiranja Geometrijsko mesto možnih točk ubiranja med polžem in polžnikom označujemo kot polje ubiranja. Da bi dobili polje ubiranja, je potrebno določiti točke začetka in konca ubiranja. Točke konca ubiranja dobimo v presečišču ubirnih črt (…A2, A3, A4…) in ustreznih mejnih temenskih linij profila polža (…2, 3, 4… slika 4.9) v posameznih presekih. Točke začetka ubiranja dobimo v presečišču ustreznih temenskih krogov polžnika v posameznih presečiščih (1, 2, 3, 4, 5) z ustreznimi ubirnimi črtami (A1, A2, A3, A4, A5 ). Tako dobljene točke, prenesene na tloris polža na linije 1, 2, 3, 4, 5, predstavljajo točke, znotraj katerih se nahaja polje ubiranja. Začetek polja ubiranja (pod kinematičnim polom C), je določen s profilom venca polžnika. Presečnice temenskih krogov posameznih presekov


43

polžnika (temenske krožnice 1 do 5 ustreznih presekov 1 do 5 polžnika) z ubirnimi črtami, prenesenimi v tloris, določajo meje projekcije polja ubiranja.

1

2

3

4

5

stranski ris B tloris T

C

I II

II

I

C

I II III

32-4

1-5A1

A2 A3 A4 A5

A2

A4A3

B

3 2-4

Slika 4.9 Polje ubiranja

Polje ubiranja je zakrivljena ploskev, ki je na vhodni strani (presek 5, slika 4.9) krajša kot na izhodni (presek 1, slika 4.9). Dobljeno polje ubiranja ustreza kotu ∑ = 90°. Za druge kote ∑ dobimo projekcijo polja ubiranja na podoben način. Linije stika označene z I, II, III predstavljajo geometrijsko mesto točk istočasnega ubiranja, dobljene pa so kot presek polja ubiranja in boka vijačnice polža. Položaj in dolžino teh črt stika lahko dobimo na naslednji način: točka v kateri posamezna ubirna črta seka pripadajoči profil zobnice, predstavlja eno od točk linije dotika. S projekcijo te točke na ustrezno linijo dotika v tloris in prenosom višine te točke od osi polža v ustreznem preseku stranskega risa, dobimo ustrezno točko v tlorisu (T) in stranskem risu (B). Ta postopek je potrebno ponoviti za različne osno pomaknjene položaje polža, dokler ne dobimo popolne črte stika po celotni širini in višini polja ubiranja (glej sliko 4.9). Na sliki 4.10 je prikazan potek linije stika zob od začetka do konca ubiranja v zaporedju 1-začetek, 3-konec ubiranja, enega evolventnega (ZI) in enega ZC polžnega gonila. Za oba prenosnika (ZI in ZC) so prikazane izbrane točke stika in diagram hitrosti. Rezultirajoča hitrost gibanja (v) izbrane točke stika je dobljena iz obodne hitrosti te točke (vt) in hitrosti kotaljenja (v2). Obodna hitrost v je projekcija hitrosti drsenja vg. Hitrost valjanja v2 je negativna hitrost pomika linije stika od začetka proti koncu dotika. Če je vektor rezultirajoče hitrosti določene točke na črti stika pravokoten na tangento (T) v tej točki, obstaja možnost, da se v oljnem filmu ustvarijo pogoji za dinamično mazanje, s tem pa tudi izgube padejo na relativno nizke vrednosti. Kjer pa se rezultanta hitrosti približuje smeri stične črte, je pritisk v oljnem filmu nizek oziroma ga sploh ni, zato je delo trenja in izgube toliko večje. Če ležijo stične črte ena blizu druge, pomeni da je polmer zakrivljenja bokov (v preseku pravokotnem na stično črto) majhen in da so zaradi tega kotalni pritiski visoki (pojav jamičenja – angl. pittinga).


44

d a1 d m

1 d f

1

d a1 d m

1 d f

1 m

m

kinemat. premica

kinemat. premica

čelni prerez polža

čelni prerez polža

T n1

n1

b2

b2

vzdolžni (aksilani) prerez polža

vzdolžni (aksilani) prerez polža

kinematičnapremica

kinematičnapremica

n2

n2 ubirnica

dotikalna linija ZI polža

dotikalna linija ZC polža

d f2 d 2

=dm

2 d a

2 d A

d f2 d m

2 d a

2 d A

d 2

Slika 4.10 Dotikalne linije polžev ZI in ZC

ZA, ZN, ZI in ZK polži s kinematično osjo, nameščeno na sredini zoba enake kvalitete izdelave, se zelo malo razlikujejo med seboj v pogledu obremenjenosti bočnih ploskev, pritiska v oljnem filmu in izgub moči. ZC polžna gonila, pri katerih kinematična os leži skoraj na zunanjem premeru polža (slika 4.10), vendar so tudi dotikalne (stične) linije bolj strme, dosegajo ugodnejše vrednosti od ZI polžnih gonil, ki so tem večje, čim večje so obodne hitrosti, čim večji je kot vzpona, čim večji je razmak osi in čim manjše je prestavno razmerje.

4.4.2 Stopnja prekrivanja polžnih dvojic Za oceno vrednosti stopnje prekrivanja polžnih dvojic upoštevamo ubiranje profila polža s polžnikom v srednjem preseku polžnika, kar približno ustreza ubiranju zobnice s polžnikom. V osnem preseku je ubirna črta nagnjena za kot αn (vpadni kot). Če zobje polžnika niso spodrezani, bo v polju ubiranja merodajna pot ubiranja:

nA lEE α⋅= cos (4.42) določena s temenskim premerom polžnika ra2 ( v mejnem primeru z rA) in temensko linijo polža. Iz enačbe (4.42) sledi:

a

AEElα

=cos

(4.43)

Stopnja prekrivanja (srednja) je razmerje med dolžino ubiranja v ravnini pravokotni na kot vzpona in normalnim razdelkom.

mε

nmm p

l 1cos

⋅γ

=ε (4.44)


45

pri čemer je mxn pp γ⋅= cos (4.45)

da1

dm1

b2 b2H=0.8d1

l

l

px

EA

T1

C

pn

l/cos γm

γ m

α0

γ m

h a

r2 co

sα0

r m2

r e

h a2

h f2

r e

r a2

r a1

ra0

Slika 4.11 Stopnja prekrivanja polžnih dvojic

Iz slike 4.11izhaja naslednja zveza:

xm

Am p

EE 1coscos 2

0

⋅γ⋅α

≈ε (4.46)

Če izrazimo EE A s pomočjo veličin, ki izhajajo iz slike 4.11:

EE T E T C ECA A= − +1 1 , (4.47)

dobimo, da je stopnja prekrivanja:

xm

aa

xm

Am

p

hrrrr

pECCTET

⋅γ⋅αα

+α−−α−≈

≈⋅γ⋅α

+−=ε

20

0

202

22

202

22

20

11

coscossin

)cos()cos(

coscos (4.48)

Za evolventne (ZI) polžne prenosnike lahko stopnjo prekrivanja izračunamo na enak način, pri čemer je potrebno računati z nadomestnim številom zob zn = z2/cos3γm, kot da se polž nahaja v ubiranju valjastim zobnikom s poševnimi zobmi, katerih nagib bočnih ploskev znaša γm.


46

4.5 MEJNO ŠTEVILO ZOB

Če je število zob polžnika majhno, pri frezanju polžnika teme frezala spodreže koren zoba. S tem pride do oslabitve zob v korenu in do znižanja stopnje prekrivanja. Mejno število zob polžnika zm, pri katerem še ne pride do spodrezavanja korena izračunamo s pomočjo slike 4.12:

α0

zm

mx

2

T

d m1

ha0 – višina glave zoba orodja (frezala) ha – višina glave zoba polža

h a0 h a

C

Slika 4.12 Mejno število zob polžnika

2sin

sin0

0

0 αα

⋅⋅==

mzhCT ma , (4.49)

02

02

0

sin2

sin2

αα≈

⋅⋅

=m

hz a

m , (4.50)

pri čemer velja ocena za polžnike brez profilne premaknitve

zm ≈ 30 pri α0 = 15° zm ≈ 17 pri α0 = 20°.

Če vzamemo manjše število zob (v praksi je to zelo redko) kot izračunamo po enačbi (4.12) moramo izvesti polžnik z ustrezno profilno premaknitvijo (glej poglavje…..) Postopek izbire profilne premaknitve je enak kot pri valjastih čelnih zobnikih, s tem da ima profilno premaknitev samo polžnik.

4.6 POTREBNI PODATKI ZA IZDELAVO POLŽA IN POLŽNIKA

Po določitvi osnovnih geometrijskih in kinematičnih veličin polžne dvojice, je potrebno ustrezno podati osnovne podatke na risbah (delavniške risbe). Izhajamo iz standarda DIN 3966, kjer najdemo nasvete, kako in katere podatke naj pripravimo na delavniški risbi. Nekaj mer je kotiranih, druge (ki jih ne moremo kotirati) pa so zbrane v tabeli, ki je tako kot pri risbah valjastih zobnikov del risbe. V njej najdemo podatke, ki so potrebni pri izdelavi in kontroli merilnih veličin. Običajno dodamo še osnovne podatke o delu, ki se pari. Pomembno je, da v preglednico in na ribo vpisujemo tiste podatke, ki jih kasneje potrebujemo pri izdelavi, kontroli, skladiščenju, montaži…


47

Ko končno oblikujemo podatke na risbi, ne delajmo napak, da samo nekaj »prepisujemo« iz tega vzorca ali drugih risb, ampak sledimo možnostim, tako postopku izdelave, kot tudi možnosti kontrole in pozneje preskušanja, če je potrebno oziroma načrtovano. Za vsak podatek na risbi moramo natančno vedeti, zakaj je tam in zakaj ima takšno vrednost. Hkrati moramo vse postopke tudi izboljševati oziroma modernizirati v smislu potreb po večji kvaliteti, nosilnosti in izkoristku. Samo na ta način je mogoče biti konkurenčen. Na sliki 4.14a je prikazan delavniški načrt polža in na 4.14b delavniški načrt polžnika, iz katerih je razvidno, s katerimi osnovnimi podatki naj bodo načrti opremljeni. Na sliki 4.14 so podane mere, ki se nanašajo na izdelavo dela polža in polžnika, kjer bo ozobje. V preglednici 4.1 so podane osnovne konstrukcijske veličine, ki jih mora vsebovati delavniška risba polža oziroma polžnika.

a) b)

Slika 4.134 Potrebni podatki na delavniškem načrtu: a) polža, b) polžnika

V preglednici 4.1 so zbrani podatki, ki jih na risbo ne moremo kotirati, ker bi bila nejasna. To so veličine, ki so nujno potrebne pri izdelavi polža in polžnika (orodje, nastavitve strojev) in pa kontrolne veličine, na osnovi katerih ocenjujemo ustreznost izdelanega ozobja. S standardom so ti podatki opredeljeni, prav tako groba oblika preglednice. Izbira in priprava orodja je definirana z modulom , premerom valja dm1 in d2 in izdelovalnim kotom α0. Na osnovi vzpona pz1, kota vzpona γm in števila zob ustrezno nastavljamo stroje. Kontrolni podatki in mere temeljijo na debelini zoba polža in polžnika in so ustrezno prilagojeni našim možnostim proizvodne kontrole (mera preko valjčkov, kroglic, kontrola z etalonskim polžem, dovoljeni opleti – glej poglavje 9). S podatkom o kvaliteti ozobja pa kontroliramo druga dopustna odstopanja, ki so predvidena s standardom in so navedena v prejšnjem poglavju 9. Večino jih lahko določamo na trikoordinatnem merilnem stroju in ustreznim programom. Druge mere, ki določajo velikost, obliko in izvedbo polža in polžnika pa oblikujemo glede na naše potrebe in možnosti (vležajenje, oblika gredi, izvedba polžnika). Napotke o tem najdete v poglavju 13, ki govori o oblikovanju in izvedbah polžev in polžnikov.


48

Preglednica 4.1 Potrebni podatki polža in polžnika na delavniških načrtih

Polž Število zob z1 Premer srednjega valja polža dm1 Modul (osni modul) m Višina zoba Smer vzpona vijačnice (leva/desna) Korak vijačnice polža pz1 Kot vzpona na srednjem valju polža γm Oblika polža po DIN 3975 / A, N, I, K,C) Osni razdelek px Kvaliteta ozobja in tolerančno polje Oblika polža po DIN 3975 / A, N, I, K,C) Izdelovalni kot α0

M

eriln

e ve

ličin

e de

belin

e zo

ba 1)

Mera preko valjčkov M Premer valjčka DM

Premer osnovnega kroga db1

Obl

ika

bočn

ice

I

Kot vzpona na osnovnem valju γb

Debelina zoba s toleranco smn Dodatne tolerance ozobja in kontrolne zahteve

Šifra Polžnik

Število

Osni razmik

Dodatne zahteve (po potrebi):

Polžnik Število zob z2 Premer razdelnega kroga d2 Modul (čelni modul) m Koeficient profilne premaknitve x2 Višina zoba h2 Smer vzpona vijačnice (leva/desna) Kvaliteta ozobja in tolerančno polje Dodatne tolerance ozobja in kontrolne zahteve (npr. odstopanje osnega razmika pri merjenju z etalonskim polžem)1)

Premer srednjega valja dm2 Šifra Polž Število zob z1

Osni razmik Bočna zračnost pri ubiranju (po potrebi) Dodatne zahteve (po potrebi)

1) Te kontrolne veličine so določene s strani proizvajalca, razen če niso podane posebne zahteve s strani kupca.

Vrtilni momenti, sile, hitrosti in izkoristek polžnega gonila

49

5 VRTILNI MOMENTI, SILE, HITROSTI IN IZKORISTEK POLŽNEGA GONILA

Poglavje pregledno podaja izračun sil, hitrosti in izkoristka polžne dvojice (tudi za samozaporne pare). Priloženi so izkustveni diagrami za določitev izkoristka.

5.1 UVOD

Natančne kontrole, ne samo polžne dvojice, ampak celotnega gonila, zahtevajo da poznamo sile, ki izhajajo iz polžne dvojice, izkoristek polžne dvojice in ostalih elementov gonila (ležaji, tesnila, vpliv olja), sicer ne moremo kontrolirati ne polžne dvojice, ne gredi in ležajev ter ohišja gonila. Pri polžnem gonilu se vse sile dogajajo v prostoru, zato se je potrebno v to problematiko poglobiti. Da bi bile zadeve lažje razumljive, izhajamo iz spoznanj in ugotovitev iz valjastih zobniških parov. Se pravi, če so relacije, ki so poznane iz valjastih parov poznane, potem tudi določitev sil, ki delujejo na polžne pare in ležaje obeh gredi niso težko ugotovljive. Izredno pomembno je, da se ugotovi kaj je pogonski element, smer vijačnice polža in smer vrtenja.

5.2 SILE

Na polžasto dvojico delujejo obodni sili Ftm1,2, osni sili Fxm1,2 in radialni sili Frm1,2. Sile so prikazane na slikah 5.1 in 5.3 .

Slika 5.1 Sile, ki delujejo na polžasto dvojico

Na sliki 5.2 je prikazan polž nameščen nad polžnikom (a) in pod polžnikom (b). Preglednica 5.1 skupaj s sliko 5.2 podaja pregled smeri vrtenja polža in smeri vijačnice, kakor tudi smeri delovanja sil. Za izračun teh sil moramo poznati vrtilni moment. Pomembno je, da vemo kaj je pogonski (polž ali polžnik) oziroma kateri je gnani element dvojice.


50

1 2

1

3

2

3

4

4

5

56

6

7

7

8

8

Slika 5.2 Smer vrtenja polžnika v odvisnosti od smeri vrtenja polža in smeri vijačnice

a - zgornji polž, b - spodnji polž Preglednica 5.1 Smeri vrtenja polžnika v odvisnosti od smeri vrtenja polža in vijačnice

Polž nameščen nad polžnikom (sl.5.2a)

Smer vrtenja Smer osnih sil Smer vijačnice polža polžnika polža polžnika

desna 1 4 8 6 desna 2 3 7 5 leva 1 3 7 5 leva 2 4 8 6

Polž nameščen pod polžnikom (sl.5.2b) Smer vrtenja Smer osnih sil Smer

vijačnice polža polžnika polža polžnika desna 2 4 7 5 desna 1 3 8 6 leva 2 3 8 5 leva 1 4 7 6

5.2.1 Izračun vrtilnega momenta

5.2.1.1 Vrtilni moment na vstopni gredi Vrtilni moment na vstopni gredi izračunamo po naslednjih enačbah:

AN KTT ⋅= 11 (5.1)

1

11

30nP

T N ⋅⋅

=π

(5.2)


51

5.2.1.2 Vrtilni moment na izstopni gredi Vrtilni moment na izstopni gredi izračunamo po naslednjih enačbah:

AN KTT ⋅= 22 (5.3)

2

2

1

22

3030nP

nuP

T N ⋅⋅

=⋅

⋅⋅=

ππ (5.4)

KA je koeficient obratovanja: vrednosti po standardu DIN 3990-1 najdemo v preglednici 4.1.

5.2.2 Določitev ostalih sil na polžno dvojico Sile na polžu in polžniku se določajo podobno kot pri valjastih vijačnih zobnikih. Na sliki 5.4 so prikazane sile, ki delujejo na zobe polža in polžnika. V kinematični točki C, na srednjem premeru polža in polžnika, delujejo pravokotno na bok sile Fbn1 in Fbn2 (prerez N-N). Sile z indeksom 1 se nanašajo na polž, z indeksom 2 pa na polžnik. Polž, kot pogonski del gonila, deluje na polžnik s silo Fbn2, polžnik pa deluje na polž z enako veliko silo v nasprotni smeri, Fbn1 = Fbn2.

gnani

Fxm1

r xm

1

Frm1

Ftm2

Frm2

Fxm2 Ftm1

Frm2

pogonski

Frm1

Tloris Tangencialna ravnina

γm

Fxm2

Fxm1

R'1

Fn1

μFn2

R'2

Fn2

Ftm2 C

μFn1

Prerez N-N

Prerez C-C

Fn1

Fbn1

Frm1

Fn2

Fbn2

Fbn1

R1

μFbn1

R2

μFbn2 Fbn2

N

N

ρ’γm

ραn

C

C

Frm2

Ftm1

Slika 5.3 Sile na polžu in polžniku


52

Normalne sile Fbn1 in Fbn2 povzročajo na stranskih ploskvah zob v smeri vzpona vijačnice (γm) sile trenja Fbn1·μ in Fbn2·μ. Rezultantna sila R2 (v prerezu C-C), dobljena iz sil Fbn1·μ in Fbn2·μ je nagnjena napram sili Fbn2 za kot trenja ρ. Če v prerezu N-N normalno silo Fbn2 razstavimo na komponente, dobimo radialno silo Frm2 = Fbn2 ·sinαn in pravokotno na njo Fn2 = Fbn2˙cosαn. Kot αn predstavlja normalni vpadni kot. V tlorisu predstavlja Fn2 projekcijo sile Fbn2, R'2 pa projekcijo sile R2. Kot trenja ρ' med silama Fn2 in R'2 dobimo iz enačbe:

μ′=α

μ=

α⋅⋅μ

=⋅μ

=ρ′nnbn

bn

n

bn

FF

FF

coscostan

2

2

2

2 (5.5)

ρ′α⋅

=ρ′

=′cos

coscos

222

nbnn FFR . (5.6)

Iz tlorisa na sliki 5.3 izhaja, da je: Obodna sila polžnika Ftm2:

)cos(cos

cos)cos( 2

22 ρ′+γρ′

α⋅=ρ′+γ⋅′= m

nbnmtm

FRF . (5.7)

Aksialna sila polžnika Fxm2:

)sin(cos

cos)sin( 2

22 ρ′+γρ′

α⋅=ρ′+γ⋅′= m

nbnmxm

FRF . (5.8)

Radialna sila polžnika Frm2:

nbnrm FF α⋅= sin22 . (5.9)

Iz enačb 5.8 za Fxm2 in 5.9 za Frm2 izhaja:

)cos(coscos

22 ρ′+γ⋅αρ′

=mn

tmbn FF , (5.10)

)sin(coscos

22 ρ′+γ⋅αρ′

=mn

xmbn FF . (5.11)

Ker iz slike 5.2a izhaja, da je:

,12

12

12

xmtm

rmrm

tmxm

FFFFFF

===

(5.12)

dobimo za polžno gonilo v katerem je polž pogonski (Ftm1 = Fxm2) oziroma obodna sila na polžu = aksialna sila na polžniku.


53

1

121

mxmtm r

TFF == . (5.13)

Iz enačbe za 5.10 in 5.11 izhaja:

)tan(1

)sin()cos(

222 ρ′+γ=

ρ′+γρ′+γ

=m

xmm

mxmtm FFF . (5.14)

Za Fxm2 = Ftm1 dobimo:

)tan(1

12 ρ′+γ=

mtmtm FF . (5.15)

Če v enačbo Frm2 = Fbn2 ·sin αn vnesemo izračunane vrednosti za

)sin(coscos

)cos(coscos

222 ρ′+γ⋅αρ′

=ρ′+γ⋅α

ρ′=

mnxm

mntmbn FFF , (5.16)

dobimo za Fxm2 = Ftm1 sile na polžu: Radialna sila na polžu Frm1 = radialna sila na polžniku Frm2

)sin(costan

)cos(costan

1221 ρ′+γρ′α

=ρ′+γ

ρ′⋅α≈=

m

ntm

m

ntmrmrm FFFF , (5.17)

)tan(1

1 ρ′+γ=

m

tmxm

FF . (5.18)

Sile na polžniku:

12

12

12

rmrm

tmxm

xmtm

FFFFFF

===

. (5.19)

Na sliki 5.4 so prikazane sile, ki delujejo na polž v horizontalni ravnini in sile trenja.


54

polžnik

os polžnika

vijačnica polža

polž

vijačnica polža

Fxm1

Frm1

Fn1

αn

Ftm1

γm

os po

lža

Fn1

Fxm1

μFbn1

Ftn1

γm

γm μ γF cosbn1 m

μ

γ

Fsin

bn1

m

Slika 5.4 Sile, ki delujejo na polž v horizontalni ravnini, vključno s silami trenja

5.3 HITROSTI

Med obodno hitrostjo polža v1, polžnika v2 in hitrostjo drsenja vg veljajo naslednji odnosi:

11111 ndrv m ⋅⋅=⋅= πω , (5.20)

22222 ndrv mm ⋅⋅=⋅= πω . (5.21)

v vm m1 2⋅ = ⋅sin cosγ γ , (5.22)

v v m2 1= ⋅ tan γ . (5.23)


55

5.3.1 Hitrost drsenja:

mm

m

mmg

rrvvvγω

γω

γγ sincossincos221121 ⋅

=⋅

=== . (5.24)

Določena vrednost hitrosti drsenja ne sme biti prekoračena, oziroma mora biti v določenih mejah. Dovoljena vrednost hitrosti drsenja se določa glede na točnost ozobja, točnost montaže, kvaliteto mazanja, vrsto materiala in velikost obremenitve. Orientacijsko jemljemo, da pri kaljenem (58 HRC) in brušenem polžu in polžniku iz kositrovega brona, lahko hitrost drsenja znaša do vg ≈ 30 m/s. Za precizna gonila narejena iz kvalitetnih materialov in male hrapavosti je vg ≤ 50 m/s. Za polže iz poboljšanega jekla (35 HRC) in polžnike iz kositrovega brona je vg ≤ 15 m/s.

vg1 v1

v2

γm

Slika 5.5 Hitrosti na polžu

5.4 SAMOZAPORNOST, SAMOZAVORNOST IN IZKORISTEK

5.4.1 Samozapornost Polžno gonilo je v mirovanju samozaporno, kadar pri gnanem polžniku zagon iz mirovanja ni mogoč. O samozapornosti lahko govorimo pri kotu vzpona polža, ki je manjši od 7° (pri prestavnih razmerjih nad 50).V primeru spreminjajočega vrtilnega momenta na polžniku ali zaradi tresljajev, ki se prenašajo z drugih strojev in naprav se lahko samozapornost zmanjša oziroma je več ni, ker se gonilo začne postopoma premikati ali celo vrteti. Zato moramo biti previdni kadar želimo uporabiti polževa gonila kot zavoro ali zaporo.

5.4.2 Samozavornost O samozavornosti polžnega gonila govorimo takrat, kadar se med obratovanjem gonila prekine pogon s strani polža, gonilo pa se, kljub vrtilnemu momentu na gredi polžnika v smeri vrtenja, samodejno ustavi. Samozavornost je mogoča (ni nujna) pri kotih vzpona manjših od


56

4°, oziroma prestavnih razmerjih nad 65. V enačbah pri izračunih izkoristkov uporabljamo koeficienta trenja pri mirovanju (samozapornost) oziroma pri gibanju (samozavornost). Izkoristek samozavornih gonil je pri pogonu s strani polža vedno manjši od 50%, pri pogonu s strani polžnika pa manjši od 0! Glej enačbe za izkoristek. Iz enačb sledi, da je pri samozavornosti kot trenja večji ali enak (na meji samozavornosti) kotu vzpona polža.

5.4.3 Dodatne posebnosti pri gonilih, ki so lahko samozaporna ali samozavorna

Obe lastnosti je mogoče vnaprej določiti računsko, vendar moramo biti zelo pazljivi, saj sta odvisni od številnih vplivov. Najpomembnejša sta koeficient trenja med polžem in polžnikom in kot vzpona polža. Tako lahko konstrukcijsko določimo obe lastnosti. Razen teh dveh pa so pomembni še naslednji vplivi: način mazanja, izbira materialov, kvaliteta zob polža in polžnika, utekanje, izvedba tesnjenja ter vrsta in način vležajenja polža, temperatura okolice in gonila… Tudi te lahko zajamemo računsko (dodatni viri: katalogi ležajev, tesnil, olj…). Zaradi teh številnih vplivov je včasih precej težko z gotovostjo trditi, da je gonilo samozaporno ali celo samozavorno, saj, kot smo omenili že prej, vplivajo nato lahko že okoliški stroji (tresenje, udarci, spreminjajoč moment na polžniku). Zato se tudi vodilni svetovni proizvajalci izogibajo deklarirati take lastnosti svojih polžnih gonil. Kadar so vztrajnostne mase z gonilom gnanih delov velike, upori pri vrtenju pa razmeroma mali, moramo upoštevati, da se tako gonilo ustavi dokaj hitro. Zato lahko pride do izredno velikih vztrajnostnih sil in momentov, zobje polžnika in polža ter gred in ležaji polža pa se lahko preobremenijo celo do loma enega od delov - (podvozja vozil, obračala, vrtljive glave…) ali pa pride do prevrnitve naprav (žerjavi, visoko regalna skladišča…). Da dosežemo manj sunkovito ustavljanje, lahko dodamo pogonskemu motorju vztrajnik s primernim masnim vztrajnostnim momentom. Do takih situacij lahko pride že pri kotih vzpona polža, ki so manjši od 8°, pri neutečenih in slabo mazanih gonilih, grobo izdelanih polžih in polžnikih ter manj ugodni izbiri materialov polža in polžnika, pa že pri kotih manjših od 10°. Še posebej so kritična majhna gonila, pri katerih predstavljajo upori na gredi polža (tesnilke, ležaji) velik dodaten delež k samozapornosti in samozavornosti. Pri polžnih gonilih moramo biti zelo pazljivi, kadar uporabimo zavorni motor, pri izračunu potrebnega momenta zaviranja. Upoštevati moramo izkoristek polžnega gonila za pogonski polžnik. Ločiti moramo med samozapornostjo (samozavornostjo) polžnega gonila in samozapornostjo (samozavornostjo) polžne dvojice (para).

5.4.4 Izkoristek polžnega gonila - pogonski polž Pri enem obratu naredi polž na polžniku koristno delo:

πγγπ

⋅⋅⋅=⋅⋅=⋅=

⋅⋅=⋅=

mmtmk

mmxz

xtmztmk

dFWdzpp

zpFpFW

tantan

12

111

1212

(5.25)

V istem času je na polžu dovedeno delo:


57

π⋅⋅= 11 mtmu dFW . (5.26)

Tako je izkoristek enak:

mtm

tm

mtm

mmtm

u

kz F

FdF

dFWW γ

πγπη tantan

1

2

11

12 ⋅=⋅⋅

⋅⋅⋅== . (5.27)

Izračunano je že )tan(

112 ρ′+γ

=m

tmtm FF , iz česar sledi tudi izkoristek:

)tan(tan

ργγη

′+=

m

mz (5.28)

ηργ

γη)tan(

tan

2

2

′+=

+=

m

m

GZz PP

P(če je polž pogonski del), (5.29)

PGZ je moč, ki se zgubi s trenjem med zobmi.

tancos

′ =ρμα n

. (5.30)

5.4.5 Izkoristek polžnega gonila - pogonski polžnik Pri polžnih gonilih vladajo podobne razmere kot pri pogonskih vijakih, kajti z vzdolžnim gibanjem vijaka se del pogonske moči P1 izgubi zaradi trenja, tako da je moč na gnanem delu P2 manjša.

m

mGZz P

PPγ

ργηtan

)tan(

2

2 ′−=

−=′ (5.31)

Koeficient trenja μ'= tan ρ' se glede na diagram 5.1 manjša z večanjem hitrosti drsenja. Za kaljene in brušene polže kakor tudi za poboljšane polže, frezane ali stružene, je vrednost koeficienta trenja μ v primeru tekočinskega trenja podana na diagramu 5.2.

Diagram 5.1 Koeficient trenja μ v odvisnosti od hitrosti drsenja vg


58

a) poboljšan polž, zobje struženi; b) kaljen polž, zobje brušeni

Diagram 5.2 Koeficient trenja μ v odvisnosti od hitrosti drsenja in načina izdelave polža V primeru samozapornosti, polž in polžnik menjata svoje vloge: polžnik postane pogonski, polž pa gnani del. Izkoristek v primeru samozapornosti:

′ =− ′

ηγ ρ

γzm

m

tan( )tan

. (5.32)

Samozapornost nastopa pri γm ≤ ρ' (ρ' ≈ ρ). Da bi se zaradi verjetnosti eventualnih dodatnih obremenitev, ki jim je gonilo lahko izpostavljeno, zagotovila samozapornost, mora biti γm < ρ. S tem preprečujemo samovoljno obračanje polžnika. Za primer γm ≈ ρ znaša:

ηγ

γ ρρ

zsm

m=

+=

−tantan( )

tan12

2

. (5.33)

(ηzs je izkoristek pri samozapornosti). V primeru samozapornosti je ηzs ≤ 0,5 (≈ 0,4…0,45), ηzs' = 0. Za γm ≤ ρ je μz ≥ tan γm. Pri konstruiranju pogosto uporabljamo diagram izkoristka za polžna gonila z valjastim polžem prikazan na diagramu 5.3. Diagram velja za natančne prenosnike iz kvalitetnega materiala (polž cementiran, kaljen in brušen, polžnik pa iz kositranega brona, vležajenje polža in zobnika z valjastimi ležaji, mazanje z mineralnim oljem).


59

Diagram 5.3 Izkoristek polžnih gonil z valjastim polžem

Diagram 5.4 Izkoristek ozobja polžnega para


60

Iz diagrama 5.4 je razvidno, da z naraščanjem kota vzpona vijačnice polža γm, raste izkoristek ηz do največje vrednosti, nakar zopet pada. Največjo vrednost izkoristka ηz max dosežemo v bližini kota γm= 45° in se pomika tembolj v levo, čim večji je koeficient trenja. Največji izkoristek dobimo z diferenciranjem dη/dγm, kar pokaže, da se ηz max nahaja pri kotu vzpona γm = 45 - ρ'/2. Izguba moči v ozobju:

P PGZZ

= −2

11( )

η (5.34)

5.4.6 Skupni izkoristek

Skupna izguba moči v gonilu:

21

121 )1(

PPP

PPPPP

Gsk

skGLGLGZGsk

−=

η−⋅=++= (5.35)

PGL1, PGL2 predstavljata izgube v ležajih polža in polžnika, izgube pljuskanja olja in izgube v tesnilih. ♦ izgube v kotalnih ležajih znašajo ≈ 0,5% prenešene moči (velja za par ležajev), ♦ izgube v normalnih drsnih ležajih znašajo ≈ 3% prenešene moči (velja za par ležajev), ♦ izgube v visokoobremenjenih drsnih ležajih znašajo ≈ 1% prenešene moči (velja za par

ležajev) ♦ izgube zaradi pljuskanja olja in v tesnilih znašajo ≈ 1…5% prenešene moči, odvisno od

načina tesnenja in količine olja v gonilu:

η η η ηsk z L LGsk Gsk

PP

PP P P

P

= ⋅ ⋅ = =+

=−

1 22

1

2

2

2

1

1( pogonski polž), (5.36)

sk

GskGsksk P

PP

PPPP

η−≈−=

−==η′ 121

22

2

2

1 (pogonski polžnik). (5.37)

Potrebna pogonska moč pri pogonskem polžu:

P P PP

Gsksk

1 22= + =

η (5.38)

Potrebna pogonska moč pri pogonskem polžniku:

skGsk

PPPPη

=+′=′ 112 (5.39)

P'1 je koristna moč na polžu, če je polžnik pogonski. P'2 je skupna pogonska moč na gredi polžnika, če je polžnik pogonski.


61

Moč, ki se prenaša z gonilom: - polž pogonski skGL PPPP η⋅=−= 111 - polžnik pogonski skGL PPPP η′⋅′=−′= 222 Iz enačbe za izkoristek 5.28 izhaja, da bo ηz naraščal do določene meje s povečanjem kota vzpona γm. To pomeni, da je izkoristek večji pri večstopenjskih polžih. Povečanje kota vzpona pomeni hkrati zmanjšanje prestavnega razmerja ali zmanjšanje premera polža pri enakem prestavnem razmerju. Izkoristek je nižji, če prihaja do večjih elastičnih deformacij gredi ali ohišja, če kot, ki ga morajo oklepati osi vrtenja ni enak 90° in če prihaja do osnih pomikov polžnika.

Kontrola nosilnosti polžne dvojice

62

6 KONTROLA NOSILNOSTI POLŽNE DVOJICE Poglavje podaja poenostavljen postopek izračuna nosilnosti polžnih parov. Obravnavanih je pet kontrol (preverjanj), ki nam dajo oceno ustreznosti zasnovanega polžnega gonila, da bi pozneje, ko ugotovimo dejanske obratovalne pogoje, po najbolj natančni metodi, npr. DIN / ISO optimirali polževo gonilo.

6.1 UVOD

Pri oblikovanju polžnega para in k temu pripadajočega ohišja sledijo kontrole, ki potrdijo, če smo zadevo dobro in kakovostno opravili. Pri tem izkušnje veliko pomenijo, ki so ravno za gradnjo PG, najpomembnejše predvsem zato, ker še kopica predpostavk ni v celoti dorečena niti raziskana. Predvsem zaradi tega, ker je tudi izkoristek v velikem raztrosu in odvisen od številnih že prej omenjenih dejstev. Precejšen vpliv ima že začetna odločitev ali zasledujemo polžasto gonilo z visokim izkoristkom ali pa bo samo-zaporno. Kontrole bodo potrdile naša predvidevanja in naša pričakovanja. Seveda pa ni nič narobe, če se v prvem koraku pokaže, da zadeva ni takšna kot smo pričakovali. Biti je potrebno dovolj moder in ugotoviti, kaj je potrebno spremeniti, da bomo zadostili zastavljenim ciljem in kriterijem kontrole. Že pri sami zasnovi se moramo opredeliti o vrsti kontrole (enostavni ali kompleksni) in ali bomo zasledovali običajno trajnostno kontrolo ali kontrolo na življenjsko dobo. Posebej je potrebno poudariti, da ne glede za katero kontrolo se odločimo, mora biti varnost proti zlomu zoba polžnika večja od 1. Važno je tudi ali bo načrtovano gonilo unikatni-enkratni izdelek ali bo serijski proizvod. Če ne poznamo natančno vseh pogojev obratovanja potem je vsaka natančna kontrola brez pomena. Praksa kaže, da običajno zadostujejo najbolj enostavni in preprosti načini kontrole, ki so narejeni na izkušnjah, najboljše, seveda, lastnih. Vsak projektant - konstrukter mora samo presoditi kdaj, kako in kaj bo kontroliral in čemu bo pri kontroli posvečal največ pozornosti. Običajno se v prvem koraku kontrole odločimo za najenostavnejšo in preprosto, ki so zgrajene na izkustvenih enačbah in podprte z izkustvenimi podatki iz diagramov in tabel. Šele, ko se zadeve ne izidejo in je zato pričakovati probleme pri obratovanju ali, če želimo gonilo optimirati uporabimo najbolj kompleksne metode, za te pa moramo dobiti vse potrebne obratovalne podatke. Praktične izkušnje dokazujejo, da je kontrola gonila po enostavnih metodah vedno na varni strani, in da je gonilo običajno predimenzionirano. V tem poglavju je podana enostavna metoda - delno po lastnih izkušnjah, v prilogi pa bolj kompleksna. Sicer pa nobena kontrola ne zagotavlja 100 % zanesljivosti, kajti nobena kontrola ne more zajeti vseh anomalij, ki se pojavijo pri montaži, izdelavi, izbiri materialov (lunkerji), dodatnih nepričakovanih obremenitev idr. Predstavljena metoda temelji na preglednici 6.2, kjer so predstavljeni najbolj značilni materiali polžnika in podana priporočila parjenja z jeklenim polžem (cementiranim oziroma poboljšanim). Pri kontroli polžne dvojice običajno preverjamo:

a) varnost proti segrevanju, b) varnost proti obrabi,


63

c) varnost proti jamičenju, d) varnost proti zlomu zoba, e) varnost glede na upogib gredi polža.

6.2 VARNOST PROTI SEGREVANJU

Že v začetku zasnove se moramo odločiti o načinu mazanja in načinu hlajenja gonila. Seveda skušamo vsako zadevo rešiti najbolj enostavno in poceni. Tako sta mazanje s potapljanjem in hlajenjem z ventilatorjem na hitro tekoči gredi najenostavnejši in najcenejši. Šele, ko nastopijo težave pristopimo k drugim rešitvam. Pri zasnovi prav tako razmišljamo o obliki in orebritvi ohišja, ki lahko učinkovito pomaga pri odvajanju toplote oziroma hlajenju. Segrevanju in toplotni bilanci se je potrebno posvetiti takrat, ko zares nastopijo težave in, ko bo gonilo delovalo v neugodnem okolju, kot so višje temperature in slab pretok zraka. V takšnih težavah nam lahko precej pomagajo znanja iz termodinamike in prenosa toplote. Včasih je potrebno spremeniti materiale polžnega para in ohišja, na novo orebriti ohišje, se povezati s proizvajalcem olj ali celo dodatno hladiti od zunaj celotno ohišje. Skratka precej inovativnega in kreativnega ter povezovalnega znanja raznih področij je potrebno. Varnost proti segrevanju lahko določimo na podlagi izgubljene moči. za vse elemente, ki gonilo sestavljajo (ležaji, tesnila, pljuskanje olja) so zadeve dobro poznane in izgube moči enostavno obvladljive. Edini problem je izguba moči zaradi trenja med polžem in polžnikom. Zato je temu potrebno posvečati največ pozornosti, saj k izgubi gonila tudi največ prispeva. Za mazanje s potapljanjem izračunamo varnost proti segrevanju ST z naslednjo enačbo:

5,1min =≥= Tiz

odT S

PQ

S ( 6.1 )

6.2.1 Odvedena toplota kAtQ zood ⋅⋅= [W] ( 6.2 )

Pri tem so: tzo - dopustna trajna temperatura na zunanji strani ohišja [°C] A - površina ohišja [m2] k - prestopni koeficient [W/m2K]

6.2.1.1 Dopustna trajna temperatura tzo na zunanji strani ohišja znaša

5,1

10001,003,1 1

−+

−=

ntt

t aLmejzo [°C] ( 6.3 )

tLmej - (70 …80)°C ta - temperatura zraka okolice n1 - vrtilna hitrost pogonske gredi [min-1]


64

Tudi diagram 6.1 nam lahko precej pomaga pri določitvi temperature na zunanji strani ohišja in določitvi varnosti ST.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Nivo olja

Temperatura [°C]

viši

na o

hišj

a [c

m] a b c d

Pomen črt: a - ohišje orebreno, hlajenje z zračnim tokom z obeh strani b - ohišje orebreno, hlajenje z zračnim tokom z ene strani

c - ohišje orebreno, brez hlajenja d – ohišje gladko, brez hlajenja

Diagram 6.1 Porazdelitev temperature po ohišju

6.2.1.2 Površina ohišja, ki jo upoštevamo za prenos odvoda toplote za stacionarna gonila s hladilnimi rebri A:

85,15109 aA ⋅⋅≈ − [m2] za dobro orebreno ohišje ( 6.4 ) 8,15109 aA ⋅⋅≈ − [m2] za srednje orebreno ohišje ( 6.5 )

a - osni razmik v [mm] Seveda pa lahko površino izračunamo iz dejanske površine ohišja in reber, če to že poznamo. Orebritev ohišja precej poveča hladilno površino, zato jih skrbno oblikujemo in pravilno razvrstimo. Pomagajo pa tudi povečati togost ohišja gonila.


65

ds (ds1) Hr

d rk

d ro

d r

rrk ad ⋅≈ 33,0 rr aH ⋅÷≈ )54( Važno!

rro ad ⋅÷≈ )5,11( Če imamo hlajenje z ventilatorjem,

izvedemo rebra vzporedno s tokom

zraka.

1ssr dalida ≈ mmH r )10060(max ÷≈

ds in ds1 – glej poglavje 4

Slika 6.1 Oblika in velikost reber

6.2.1.3 Prestopni koeficient k (enačbi 6.6 in 6.7 ) a) za spodaj ležeč polž brez ventilatorja

])60

(23,01[106,6 75,013 nk +⋅⋅≈ − [W/m2K] ( 6.6 )

b) za spodaj ležeč polž z ventilatorjem

])60

(4,01[106,6 75,013 nk +⋅⋅≈ − [W/m2K] ( 6.7 )

Če je polž nameščen zgoraj je k za cca 20 % manjši (slika 2.2).

6.2.2 Celotna izguba moči v gonilu Piz = Pz+PL1+PL2+PT = P1(1-ηs) [W] ( 6.8 )

Pri tem so: Pz - izguba moči ubiranja polžnega para [W] PL1,PL2 - izguba moči v ležajih polža in polžnika [W] PT - izguba zaradi tesnil [W] P1 - pogonska moč [W] ηs - skupni izkoristek polžnega gonila [-] Največji delež predstavlja PZ. Zato moramo pozneje, če bo potrebno, ko bomo kontrolirali polžasti par z bolj kompleksnejšo metodo, tej izgubi posvetiti največ pozornosti. Vse ostale izgube (ležajev, tesnil) so znane in konstantne. V praksi se največkrat odločimo za pogonski polž in gnani polžnik. Seveda pa je lahko tudi obratno. Gonilo določimo na podlagi moči P2 oziroma dela, ki ga potrebuje gnani stroj. Preko P2 in izkoristka ηs pridemo do P1, to je potrebne moči pogonskega agregata, ki jo pri zasnovi gonila izračunamo iz Piz (enačba 6.8 . Lahko pa, za začetek, vzamemo za izračun Piz predvideno pogonsko P1.


66

Slika 6.2 Shema povezave polžnega gonila s pogonskim strojem in gnanim strojem

Torej moramo ugotoviti ali izbrati izkoristek. Običajno si ga izberemo. Če nimamo izkušenj si pomagamo s podatki priznanih raziskovalcev ali strokovnjakov. Seveda pa se ob izbiri ηs pravzaprav zavezujemo, da bomo to pozneje tudi uresničili, sicer zadeva ne bo izpolnila pričakovanj. Preglednica 6.1 podaja izkustvene podatke na podlagi prestavnega razmerja in števila vrtljajev polža. Tudi diagram 6.2, ki je uporaben za manjše polže temelji na podobnem. Preglednica 6.1 Skupni izkoristek gonila sη (velja za pogonski polž, kotalno vležajenje in

mineralno olje)

Prestavno razmerje Vrtilna hitrost polža [min-1] 5 10 20 40 70

15 79…90 69…81 59…71 (48…60) /36…47/

150 85…93 79…89 72…82 60…70 (47…58)

1500 91…96 88…95 82…91 75…84 64…75

Pomen: (…)indiferentno, /…/ samozaporno; Za vmesne vrednosti vrtilnih hitrosti in prestavnih razmerij lahko linearno interpoliramo.


67

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

90,0

100,0

0 500 1000 1500 2000Vrtilna hitrost polža [min-1]

Izko

riste

k [%

] Pomen črt: (za prestavno razmerje i v počasneje)1 - i = 4,632 - i = 5,573 - i = 6,834 - i = 8,65 - i = 11,256 - i = 15,337 - i = 23,58 - i = 47

1...56

7

8

Diagram 6.2 Izkoristek manjših ZI polžev: m = (1-4)mm

Še enkrat, preko potrebne moči P2 , ki jo lahko dobimo s pomočjo izbranega (diagrami, tabele, izkušnje) ηs lahko izračunamo P1 z naslednjo enačbo (6.9):

s

PPη

21 = (6.9)

Pozneje z enačbo 6.8 izračunamo Piz in takoj nato varnost proti segrevanju.

6.3 VARNOST PROTI JAMIČENJU

3,1...11000 min

32

limlim =≥

⋅⋅⋅⋅

⋅⋅=

⋅⋅= H

AgE

nhH

H

nhHH S

aKTZZ

ZZZZS σσ

σ (6.10)

21

2

22

1

21 11

−

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ ν−+

ν−⋅π=

EEZ E (6.11)

a - osni razmik [mm] KA - faktor obratovanja T2 - moment na izstopni gredi polžnega gonila Zh - faktor življenjske dobe (za enostavno kontrolo vzamemo Zh = 1,5) Zn - faktor vrtilne hitrosti (za enostavne izračune vzamemo Zn =1) Zg - faktor dotika dobimo iz diagrama 6.3

- bočna trdnost iz preglednice 6.2limHσ - bočna napetost (ploščinski tlak) Hσ


68

2,0

2,4

2,8

3,2

3,6

0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60

ZI polž

polž *

razmerje dm1 /a

fakt

or d

otik

a Z g

Vrednosti za ZI polž veljajo tudi za polže ZA, ZN in ZK αn=20° in x~0. * - velja za posebne oblike polžev αn=24° in x~0,5.

Diagram 6.3 Faktor dotika Zg

Kontrola varnosti proti jamičenju SH ni nekaj usodnega. Če ni izpolnjen pogoj bo prišlo hitro do nastajanja jamic (pitinga) na površini in zato do in povečane obrabe, kar seveda ima za posledico krajšo življenjsko dobo. Vendar zadeva še ni usodna, če ne gre za trajna visoko obremenjena gonila. V tej kontroli je še precej rezerve.

6.4 VARNOST PROTI OBRABI

3,1...11000 min

32

limlim =≥⋅⋅

⋅⋅

⋅⋅⋅=

⋅⋅⋅= o

AgE

vRpo

H

vRpoo S

aKTZZ

OOOOOOS

σσ

σ (6.12)

σolim - trdnost proti obrabi – glej diagram 6.4

Op - faktor dvojenja pri obrabi * OR - faktor hrapavosti pri obrabi *

* - Za običajne parjene materiale, majhno hrapavost in manjše module lahko za oba faktorja vzamemo Op = OR =1.

Ov - faktor hitrosti pri obrabi

4 12,1kl

v vinO⋅

⋅≈ (6.13)

vkl - drsna hitrost, ki jo izračunamo po enačbi

m

m

mkl

dvvγ

ωγ cos2cos

111

⋅⋅

== [m/s] (6.14)

ω1 - kotna hitrost polža

301

1n⋅

=πω (s-1) (6.15)

ZE - faktor elastičnosti določimo po enačbi 6.11 ali iz tabele 6.2 (glej poglavje 7.3) Zg - je enak kot v prejšnjem poglavju


69

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0.2 0.3 0.3 0.4 0.4 0.5 0.5 0.6 0.6NL – na polžastem zobniku

σ0

lim

5-105 8 106 2 4 6 8 107 2 4 5-10-7

Δmlim=0.75 kg 0.50 0.25 0.10 0.05 0.01 kg

Diagram 6.4 Trdnost proti obrabi za centrifugalno lit polžnik iz brona CuSn12 ter cementiran

in kaljen polž iz jekla 16MnCr5 Število sprememb obremenitev NL izračunamo po enačbi 6.16 :

inLN hL

160 ⋅⋅= (6.16)

Trdnost proti obrabi pa lahko za druge materiale izračunamo z enačbo 6.17 :

4 lim4lim 1027,1

Lo N

mΔ⋅⋅=σ [N/mm2] (6.17)

Praktične izkušnje priporočajo, da naj znaša dovoljeno zmanjšanje debeline zoba od smax na smin v vrednosti (glej sliko

sΔ6.3)

msss ⋅≈−=Δ 3,0minmax [mm] (6.18)

S tako omejeno obrabo (dovoljeno zmanjšanje debeline zoba) preprečimo zlom zoba. Na podlagi te predpostavke določimo mejno količino (maso) obrabe polžnika z enačbo limmΔ6.19:

αγρ

coscos105,1

6212

lim ⋅⋅⋅⋅⋅⋅Δ⋅

=Δm

mdmzsm [kg] (6.19)

z2 - število zob polžnika (-) m - modul [mm] dm1 - srednji premer polža [mm]

- gostota polžnika [kg/dm3], glej preglednico 6.2 2ρ Za obrabo velja, da je pomembna lastnost polžnega para in da ni hitro napredujoča. Velika in hitra obraba kaže, da nismo izbrali pravih parjenih materialov, mazanja, da ni pravilna slika nošenja ali celo, da ohišje ni izdelano v ustreznih tolerancah ter da je montaža slaba. Paziti moramo, da ne prekoračimo bočne zračnosti. Običajno lahko preko kontrole bočne zračnosti


70

ugotovimo, kako hitra je obraba. Obraba gre preko cele višine zoba polžnika dokaj enakomerno. Paziti moramo na dve zadevi:

- da zob ne postane koničast in - da se presek zoba ne zmanjša na takšno vrednost, da pride do zloma zoba polžnika.

Ko obraba preseže smin običajno pride do zloma zoba, kar je zelo nerodna zadeva. Praktično sta obraba in napetost v korenu zoba med seboj zelo povezani. Če obraba ni enakomerna pomeni, da venec polžnika ni iz homogenega materiala, kar je precej pogosta zadeva.

sFmin končna debelina v korenu polžnika

Ft2 b

sF=sFmaks

hF

zob

začetna debelinakorenu polžnik

v a

zob je postal koničast

Slika 6.3 Enakomerna obraba polžnika

Če ne pride do zloma, pa se zaradi spremenjene oblike zoba in zaradi koničavosti spremenijo ubirne razmere. Na obrabo dramatično vplivajo vse nečistoče, zato moramo polžne dvojice zavarovati proti nečistočam. Tudi odkrhnjeni delci predstavljajo abrazivne elemente.


71

Preglednica 6.2 Materiali za polžne dvojice

Zap. št.

Material za polžast zobnik

2,0σ [N/mm2]

Mσ [N/mm2]

HB 5δ [%]

2ρ [kg/dm3]

E [N/mm2]

ZE [ 2N/mm ]

)1(limHσ [N/mm2]

)2(limU [N/mm2]

Opomba

1. P. Cu Sn 12 140 260 80 12 8,8 88300 147 265 115 2. C. Cu Sn 12 150 280 95 5 8,8 88300 147 425 190 3. P. Cu Sn 12 Ni 160 280 90 14 8,8 98100 152,2 310 140 4. C. Cu Sn 12 Ni 180 300 100 8 8,8 98100 152,2 520 225 5. P. Cu Sn 10 Zn 130 260 75 15 8,9 98100 152,2 350 165 6. C. Cu Sn 10 Zn 150 270 85 7 8,9 98100 152,2 430 190 7. C. Cu Sn 14 200 300 115 4 8,9 92700 150 370 180 8. P. Cu Zn 25 Al 5 450 750 180 8 7,4 107900 157,4 500 565 9. C. Cu Zn 25 Al 5 480 750 190 5 7,4 107900 157,4 550 605

Dvojenja: Polž: jekla za cementiranje

(20Cr4, 16MnCr5, 18CrNiMo7…) Polžnik: 1 do 14 Polž: jeklo za poboljšanje (C45, 28Mn6, 42CrMo4…) ali navadno konstrukcijsko jeklo (S355, E335, E360…) polžnik 1 od 7 ter 13 in 14

10. P. Cu Al 11 Ni 320 680 170 5 7,4 122600 163,9 250 402 11. C. Cu Al 11Ni 400 750 185 5 7,4 122600 163,9 265 502 za male hitrosti in mazanje:

miner. olja 12. C. Cu Al 10 Ni 300 700 160 13 7,4 122600 164 660 377 13. SL 25 120 300 250 7,2 98100 152,3 350 150 če je polž iz SL

ZE po enačbi 14. NL 70 500 790 260 5,5 7,35 175000 182 490 628

(1) Velja za dvojenje s cementiranim in brušenim polžem HRC 60 ± 2, za dvojenje s poboljšanim polžem (nebrušenim) je potrebno vrednost

limHσ pomnožiti z 0,75.

(2) Velja za °= 200α za °= 250α - vrednost pomnožimo z 1,2, pri izmenični obremenitvi vrednost pomnožimo z 0,7,

pri kratkotrajni sunkoviti obremenitvi (do 15 s) vrednost pomnožimo z 2,5.


72

6.5 VARNOST PROTI ZLOMU ZOBA

1min2

2lim =≥⋅

⋅⋅= F

AtF S

KFbmUS (6.20)

Ulim - preglednica 6.2Ft2 - obodna sila na polžniku

02

22

2000d

TFt⋅

= [N] (6.21)

T2 - izstopni moment [Nm] d02 - srednji premer polžnika [mm] m - modul [mm] b2 - širina polžnika [mm] KA - koeficient obratovanja [-] Varnost v korenu zoba lahko izračunamo tudi iz dejanske napetosti v korenu zoba polžnika tako, da vzamemo zob polžnika kot konzolo na kateri deluje obodna sila Ft2 (slika 6.3).

dopF

Ftdej bs

hFWM σσ ≤

⋅⋅⋅

== 22 6 [N/mm2] (6.22)

Karkoli se dogaja s polžasto dvojico, eno je gotovo – varnost proti zlomu zoba mora biti vedno večja od 1. Problematičen je polžnik, ki je vedno iz trdnostno slabšega materiala kot polž. Med seboj so povezani piting z obrabo in obraba z varnostjo proti zlomu oziroma preveliki napetosti v korenu zoba. Izredno velik vpliv ima slika nošenja in z njo povezana razporeditev obremenitve na zob.

6.6 VARNOST PROTI UPOGIBU GREDI

Običajno varnosti proti upogibu gredi polža posvečamo premalo pozornosti. Kontrola varnosti ima daljnosežne posledice. Če kontrola ni v zahtevanem področju pride do spremembe slike nošenja in s tem se tako spremeni izkoristek, obraba, toplotna bilanca in jamičenje. Običajno se poruši tudi oljni film. Skratka spremeni se pričakovana življenjska doba in to običajno na slabše. Upogib gredi vpliva negativno že na utekanje polžne dvojice. Zagotovo je to ena pomembnejših kontrol, ki ogromno pove, če se v njo le malo bolje poglobimo. To spoznanje pride za nami šele z izkušnjami.

1...5,0lim ≥=m

f ffS (6.23)

flim = 0,004.m ali dm/1000 za cementirane polže flim = 0,01.m ali dm/500 za poboljšane polže

V ohišje vstavljen polž lahko smatramo kot nosilec na dveh podporah s točkovno obremenitvijo. Dejanski poves izračunamo pri pogonskem polžu iz jekla po enačbi 6.24:


73

lim4

221

31

6 )'(tantan102f

dFl

fmm

mo ≤++⋅⋅⋅⋅

=− ργα

(6.24)

l1 - razmik med ležajema polža [mm]; za začetek zasnove se priporoča, da l1 določimo z 87,03,3 all ⋅= [mm] (6.25)

a - osni razmik [mm] α - ubirni kot [°] γm - kot vzpona vijačnice [°] dm - srednji premer polža [mm] ρ' - reducirani kot trenja (enačba 6.26) [°]

nαρρ

costan =′ (6.26)

6.7 VPLIV DODATNIH OBRATOVALNIH POGOJEV

Pri vseh prej navedenih kontrolah, čeprav poenostavljenih, imamo precej rezerv, ker smo: - upoštevali kopico predpostavk, ki jih pozneje pri izvedbi, vedno spremenimo na boljše, - upoštevali, da gonilo trajno obratuje, kar je zelo redko, - upoštevali vedno skozi vso dobo obratovanja, največjo obremenitev, kar je pa tudi zelo

redko. V resnici se obremenitev T2 spreminja, včasih povsem stohastično, kot kaže diagram.

Diagram 6.5 Računska moč P2 in dejanska moč P2m

0123456789

10

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Čas [s]

Moč

[kW

]

P2m

dejanska moč

moč upoštevana v kontrolah

Za enostavno kontrolo lahko vzamemo P2. Če pa bomo prisiljeni, da izvedemo kontrolo z bolj kompleksno metodo pa je nujno, da poznamo vse podrobnosti v delovanju gonila in tudi dejansko obremenitev, sicer je takšna kontrola brez pomena. Ko pridemo s kontrolami do konca moramo verodostojno oceniti posamezne vrednosti in ukrepati. Zavedati se moramo, da so vse kontrole več ali manj še vedno nekakšna ocena, dokler nismo prepričani o dejanski vrednosti izkoristka, ki je zagotovo najvplivnejša veličina. Do tega pa se lahko dokopljemo samo z meritvami. Diagram 6.6 lepo kaže, zakaj so polžna gonila glede na ostala zobniška gonila (z valjastimi in stožčastimi zobniki) težko obvladljiva že v prvem koraku. Izkoristek polžnih gonil je v zelo velikem raztrosu , medtem ko je za ostala gonila skoraj konstanten v celem področju uporabe.


74

Diagram 6.6 Primerjava izkoristkov gonil

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

10 100 1000Vrtilna hitrost izstopne gredi (min-1)

Izko

riste

k (-)

z1=6

z1=1

z1=3

gonila z valjastimi zobniki gonila s stožčastimi zobniki

polžna gonila

Zelo pogosto se v praksi pojavi poleg trajnega pogona intermitenčni ali kratkotrajni pogon. Običajno je to znano že v začetku, ko načrtujemo izvedbo gonila. Način pogona pa precej vpliva tudi na posamezne kontrole.

Diagram 6.7 Intermitenčni pogon

20

40

60

80

100

0 5 10 15 20 25 30Čas [min]

Tem

pera

tura

[°C

]

Trajni pogon

Intermitiran pogon

Mejna temperatura gonilato - čas obratovanjatm - čas mirovanja

to tm

Spremembo temperature stene ohišja intermitenčnega pogona kaže diagram 6.7. Če je intermitenca 1 (100%) gre pravzaprav za trajni pogon. Če je pa manjša od 1, se popravi odvod toplote (enačba 6.2 ) za koeficient intermitenčnega pogona tako, da se enačbo 6.2 pomnoži s kI po enačbi 6.27.

5,11 )1000

(1

100

1n

k

EDED

kkven

I

⋅+

−

⋅+= (6.27)


75

Pri tem so: k - koeficient, ki upošteva zmanjšanje odvoda toplote zaradi mirovanja gonila (ni

pljuskanja olja po stenah. Običajno znaša od 0,3 … 0,6. V praksi se jemlje srednja vrednost 0,45

ED - intermitenca ali relativna vklopna doba (<1) kven - koeficient vpliva ventilatorja na odvod toplote. Običajno je kven =0,35. Seveda pa se

povečajo za mnogokratnik kI tudi izgube. Pri kontroli varnosti proti jamičenju SH in obrabi SO pa se kI upošteva pri izračunu T2 in sicer, da se T2 pomnoži s kI. O kratkotrajnem pogonu govorimo, če po fazi obratovanja ta reduktor miruje ali pa se hladi, da je

1004 atm

⋅> (6.28)

V tem času se mora ohladiti na temperaturo okolice. Da bi lahko določili varnost proti toploti za kratkotrajni pogon STK moramo izračunati referenčni čas tr po enačbi (6.29).

Ko

Kor Y

Ya

tt ⋅⋅=100 (6.29)

Pri tem je 5,1

1

10001 ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛⋅+=

nkY venK - koeficient vpliva ventilatorja na hlajenje (6.30)

venKo kY += 1 - koeficient ventilatorja (6.31) Po določitvi ta lahko iz preglednice (6.3) z linearno interpolacijo dobimo varnost STK. Preglednica 6.3: Varnost STK

ta 0,1 0,14 0,2 0,3 0,4 0,7 1,0 1,4 2 3 STK 0,14 0,20 0,29 0,42 0,48 0,67 0,78 0,88 0,96 1

Iz tega sledi, da bi lahko reduktor v tem načinu obratovanja odvedel naslednjo moč (enačba 6.32).

TK

zood S

kAtQ

⋅⋅= [W] (6.32)

To odvedeno toplotno moč upoštevamo pri izračunu varnosti proti toplotni obremenitvi.

6.8 PRIMERJAVA STANDARDOV DIN IN AGMA

Razvite industrijske države imajo običajno svoje standarde. Seveda so lahko ti povzeti od druge razvite države. Danes se največkrat privzamejo ISO standardi. Tako se k ISO standardu doda še nacionalna oznaka (npr. v Sloveniji dobimo ISO standard s priponko SIST). v zadnjem času pa se sprejemajo evropski standardi EN. Če ga prevzamemo še mi dobi pred EN ravno tako oznako SIST. Za kontrolo polžnih parov so na razpolago poleg DIN oziroma ISO standard in ameriškega standarda AGMA še kopica drugih nam manj poznanih standardov (npr. GOST, BS, itd.), ter


76

poenostavljenih postopkov, ki jih najdemo v različnih strokovnih knjigah. Pri nas je zagotovo zelo pomemben vir, ki ga je napisal H. Winter (Maschinen elemente III.), ki ga v naši tehniški praksi precej uporabljamo. Vsakdo se mora sam odločiti, kaj, kateri vir bo vzel za izhodišče tako za kontrolo geometrijskih kot tudi drugih trdnostno-toplotnih kontrol. Izkušnje kažejo, da se je vsaj pri prvi zasnovi dobro držati enega vira in s tem izbranim virom pripeljati do nekega rezultata. Pozneje, pri optimiranju, pa seveda lahko preidemo na druge vire ali standarde. Praksa kaže, da med samim procesom ustvarjanja ni dobro prehajat iz enega na drugi vir. V naslednjih odstavkih so razložene razlike med DIN in AGMA standardom, ki sta "doma" tudi v tem našem slovenskem prostoru. Izračun geometrijskih veličin je ustaljen že dalj časa in se v osnovi naslanja na geometrijski izračun valjastih zobnikov. Glavna razlika med polži in zobniki je presek v katerem je postavljen osnovni profil. Pri zobnikih je to normalni presek (pravokoten na bok zoba), pri polžih pa čelni oziroma aksialni presek. Vsi izračuni temeljijo na valjastih polžih in ne ločujejo oblik polžev. Temelji na 20° izdelovalnem kotu in standardni višini zoba 2,2 čelnega (aksialnega) modula. Za polže s posebnimi zobnimi boki (konkavni) si moramo sami določiti postopek kontrole. Seveda si pri tem lahko pomagamo s kakšnim standardom, ki velja za kontrolo valjastih polžev. Nam najbolj poznani standardi s tega področja so standardi DIN in AGMA. V nadaljevanju so podane glavne karakteristike in razlike med standardi DIN (DIN 3974, DIN 3975, DIN 3976 in DIN 3996) ter AGMA (AGMA 2111-A98, AGMA 6022-C93 in AGMA 6034-B92). Omenjeni standardi zajemajo presoje nosilnosti, izračune geometrije in kontrolnih veličin ter določanje dopustnih odstopanj in merilnih postopkov. S področja zobniških prenosnikov je potrebno omeniti SIST ISO 1122-1, ki opredeljuje temeljno izrazoslovje s področja zobniških prenosnikov.

6.8.1 Standard DIN Standardi DIN so zelo natančni in ne dopuščajo poenostavljanja, ampak natančno določajo tako geometrijo in različne oblike polžev DIN 3975 ter dopustna odstopanja DIN 3974 kot tudi različne kontrole kvalitete. Temeljne definicije za polžne prenosnike podaja DIN 3998 Dopustni odstopki kontrolnih mer (mera preko zob, mera preko valjčkov in mera preko kroglic) so enaki kot za valjaste zobnike in so zbrane v standardu DIN 3961. Standard predvideva izračun vseh geometrijskih podatkov, ki so potrebni za trdnostni izračun in izdelavo. DIN 3976 priporoča glavne izmere polžnih gonil in njihove medsebojne odnose. Po DIN 3996 je točno določen postopek izračuna sil, ki delujejo na polževo dvojico in izračun izkoristka gonila. Po standardu DIN 3996 presojamo tudi nosilnost (ustreznost) polžnega gonila po naslednjih kriterijih: − segrevanju − jamičenju − obrabi polžnika − lomu zoba − upogibu gredi polža Problem je v tem, da so na razpolago popolni podatki samo za nekaj najpogosteje uporabljanih parov materialov. Za manj uporabljane materiale pa se je potrebno znajti in narediti izračun po kakšnem drugem postopku, ki te podatke vsebuje ali predpostaviti kako vrednost na osnovi lastnosti drugih podobnih materialov in na podlagi izkušenj. Seveda je


77

mogoče priti do potrebnih podatkov tudi na osnovi lastnega raziskovalnega dela in meritev. Za nekatere materiale pa je mogoče dobiti ustrezne podatke pri proizvajalcih teh materialov. Standard je enostaven za uporabo in zelo natančen. Sam računski postopek je precej dolg. Uporablja ga lahko konstruktor z osnovnim znanjem strojništva in ne zahteva mnogo izkušenj s polžastimi gonili. Izračun je zelo primeren za programiranje. Po standardu DIN 3974 so predvideni dovoljeni odstopki za posamezne kvalitete ozobij (od 1 do 12). Za polže so pripravljeni naslednji dovoljeni odstopki: odstopek delitve (aksialne), skok delitve, skupni odstopek zavojnice, skupni odstopek profila, krožni tek in enobočni kotalni odstopek. Za polžnike pa so tolerirane naslednje merilne veličine: posamični odstopek delitve, skok delitve, skupni odstopek delitve, skupni odstopek profila, krožni tek ozobja in enobočni kotalni odstopek.

6.8.2 Standard AGMA Pomembnejši standardi AGMA s področja polžnih prenosnikov obravnavajo naslednja področja: AGMA 2111-A98 vsebuje tolerance in postopke kontrole kvalitete izdelave, AGMA 6034-B92 predpisuje izračun sil in izkoristka ter navaja koeficiente obratovanja za polžna gonila, po AGMA 6022-C93 pa lahko določimo geometrijske izmere in izvedemo presojo nosilnosti. Opisane so tudi oblike in postopki izdelave polžev (se bistveno ne razlikujejo od DIN), slika nošenja in utekanje polžnih gonil. Kontrolni izračun (presoja) nosilnosti je po tem standardu mnogo krajši kot po DIN, saj vsebuje samo eno presojo na osnovi povesa gredi polža. Vrednosti, ki jih moramo izračunati je mnogo manj in do rezultata pridemo hitreje, če seveda znamo dovolj dobro ocenjevati in izbirati različne faktorje in koeficiente, ki so sicer zelo dobro obravnavani. Konstruktor ima precej svobode. Kljub temu je ta standard manj primeren za neizkušenega konstruktorja, saj zahteva kar nekaj znanja in izkušenj. V primeru, da želimo izvesti še druge kontrole (presoje) je mogoče uporabiti DIN, saj se po geometrijskih karakteristikah bistveno ne razlikujeta. Prav tako bi lahko uporabili katerega od nestandardnih postopkov. Standard vsebuje izračun samo tistih veličin, ki so nujno potrebne pri konstruiranju. Standard tudi navaja, da so v enačbah z raznimi koeficienti že upoštevane določene varnosti proti nekaterim obremenitvam zato ni potrebno izvajati toliko kontrol kot po DIN standardu. Postopek zajema izračun geometrije, sil, ki delujejo na polžasto dvojico in izkoristka. Rezultati, ki jih dobimo po tem izračunu so zelo dobri in zanesljivi, seveda pa zahtevajo med samim postopkom pravilne odločitve. Po standardu AGMA 2111-A98 so za posamezne kvalitete ozobij (od 3 do 12) na polžih tolerirani naslednji odstopki: krožni tek, odstopek profila, odstopek delitve, skupni odstopek, odstopek vzpona zavojnice in odstopek zavojnice od srednjega vzpona. Na polžnikih pa so tolerirani: krožni tek, odstopek delitve in skupni odstopek delitve.

6.8.3 Primerjava izračunanih vrednosti po DIN in AGMA Geometrijske veličine se po obeh standardih v glavnem ujemajo. Nekatere veličine se med standardoma tudi razlikujejo.


78

Najpomembnejše razlike so v širini polža in polžnika in pa v višini zoba pri polžih z modulom večjim od 1,3 mm. Pri večjih modulih je višina zoba po AGMA manjša kot po DIN standardu in znaša 2,157 (DIN 2,2). AGMA priporoča širino polžnika 2/3 srednjega premera polža, kar je cca 17% manj kot pa v DIN, ki priporoča širino polžnika 0,8 srednjega premera polža. Razlikujeta se tudi pri presoji varnosti obratovanja, saj AGMA predpisuje samo presojo upogiba gredi polža, DIN pa kar pet (segrevanje, obrabo, jamičenje, lom zoba in upogib gredi polža). Dopustne vrednosti povesa znašajo po standardu DIN 3996 0,01 mx, po standardu AGMA 6022-C93 pa 0,025px

1/2, kar pomeni pri majhnih polžih večje (za modul 1mm 4×!) dopustne povese po AGMA, pri večjih polžih pa manjše dopustne povese po AGMA (za modul 20mm so dopustni povesi enaki), kot to priporoča DIN. Pri obeh standardih so predpisane tudi tolerance polžnih parov, ki pa vsebujejo različne vrednosti. Za polže so po obeh standardih tolerirani podobni odstopki (preglednica 9.3). Pri polžnikih je AGMA 2111-A98 precej skromnejša, saj predvideva samo tri odstopke (krožni tek, odstopek delitve in skupni odstopek delitve), medtem ko DIN 3974 dodaja še tri (skok delitve, skupni odstopek profila, in enobočni kotalni odstopek). AGMA ločuje tolerance za polže in polžnike DIN pa ima vse združene v eni preglednici. Razredi kvalitete ozobij po DIN in AGMA se ne ujemajo, prav tako niso vsi odstopki enako pomembni (natančni) po obeh standardih. Ocenimo lahko, da AGMA zahteva manjše oplete, DIN pa manjše odstopke profilov. Vsekakor je potrebno odstopke, izrazoslovje in metodologijo natančno preučiti in se po njej tudi ravnati. Seveda ni nujno, da moramo preveriti vse odstopke, ampak samo tiste, ki nam največ povedo o natančnosti izdelave, ki smo jih sposobni izmeriti ali katere kontrolo zahteva kupec. Podobno kot pri geometriji in trdnosti bi lahko zaključili, da je kontrola po AGMA enostavnejša in hitrejša. Pri delu bomo uporabljali standard, ki smo ga najbolj vajeni in ki nam najbolj ustreza. Včasih bo potrebno izračun, izdelavo in kontrolo polža in polžnika izvesti po zahtevah stranke (kupca). Mnogokrat so to lokalni standardi, ki se v celoti ali samo v določenih delih razlikujejo od zgoraj omenjenih. Vsekakor bomo morali marsikdaj preučiti druge standarde in tudi izdelati ustrezne izračune in protokole. Standarda DIN in (ali) AGMA pa sta lahko pri tem primerjalna za izračunane in izmerjene vrednosti. Končni rezultati se običajno bistveno ne razlikujejo med seboj, različni so lahko le pogoji in zahteve. Ti običajno izhajajo iz varnostnih razlogov in zakonodaje v posameznih deželah. V tem poglavju navedena kontrola je praktična, ki je nekje na sredini med najenostavnejšimi (razni priročniki, knjige itd…) in standardom. Najkompleksnejša je zagotovo kontrola po DIN/ISO standardu. Smiselno pa jo je uporabiti le, če poznamo celotne pogoje obratovanja (obremenitve, okolje, način obratovanja, idr.), kar pa je zelo redko. Tudi za to kompleksno metodo pa je dobro, da poznamo, vsaj v grobem, okvirne dimenzije (poglavje 4). Kontrola po AGMA standardu je še bolj enostavna, kot je predlagana v tej knjigi. Zahteva pa ogromno praktičnih izkušenj, kar pa začetnik zagotovo nima.

Izdelava polžev in polžnikov

79

7 IZDELAVA POLŽEV IN POLŽNIKOV V tem poglavju so prikazani izdelovalni postopki polžev in polžnikov. Katerega bomo izbrali je odvisno od naših zahtev po kvaliteti,izkoristku, usposobljenosti izdelovalca polžev in polžnikov, predvidene cene in možnosti kontrole merilnih veličin.

7.1 UVOD

Že ko se odločamo za polžno gonilo, se je potrebno opredeliti, kdo bo, kot najpomembnejša elementa polžnega gonila, izdelal polža in polžnik. S tem je določena oblika zobnega boka polža (poglavje 3.3), ki je povezana z izdelovalnim postopkom. Od tega so odvisna tudi pričakovanja o izkoristku polžnega para in ceni. Skratka moramo biti seznanjeni, kdo v bližnji okolici, če nismo sami sposobni, lahko izdela par ali posamezni element. Kajti šele na tem spoznanju lahko ocenimo dejanske stroške in izdelamo pravilne delavniške načrte, ki so usklajeni z izdelovalnimi postopki. Polžnik je običajno iz dveh delov (glej sliko …, poglavje …) in sicer iz venca in telesa. Venec je iz litine in vlit v pesek ali narejen s centifugalnim livom ali z livom v kokilo. Poskrbeti moramo za kakovostnega livarja, sami pa sprejeti odločitev o načinu litja. Redko, samo majhne dimenzije, polžnik izdelamo iz enega kosa.

7.2 IZDELAVA POLŽEV

Izbira najugodnejšega obdelovalnega postopka je odvisna od mer, zahtevane točnosti oz. odstopkov in števila kosov v seriji.

7.2.1 Struženje Najenostavnejši način izdelave polžev je struženje s stružnim nožem, ki je podobno izdelavi navojev. Orodje je stružni nož, ki ima obliko zobne vrzeli in je rezalni rob orodja glede na osno ravnino polža: točno v sredini ali nad oz. pod njo.

Slika 7.1 Steblasti profilni rezkar

7.2.2 Rezkanje Polže je mogoče izdelati tudi na univerzalnem rezkalnem stroju z natančnim delilnikom, ki ima mehanski zobniški pogon. Kot orodje se uporabi steblasti profilni rezkar (slika 7.1). Rezkanje s kolutnim ali steblastim profilnim rezkarjem na rezkalnem stroju za kotalno rezkanje valjastih zobnikov (slika 7.2) je v uporabi za izdelavo eno- ali večstopenjskih polžev. Pri nekaterih klasičnih strojih so omejitve zaradi majhnih korakov oz. je podajanje v osni


80

smeri relativno majhno. Teh problemov pa ni pri numerično vodenih strojih. Rezkanje s steblastim profilnim rezkarjem je časovno zamudnejše od obdelave s kolutnim rezkarjem.

Slika 7.2 Rezkanje polža na rezkalnem stroju za kotalno rezkanje valjastih zobnikov s steblastim profilnim rezkarjem

Slika 7.3 Rezkanje polža na rezkalnem stroju za kotalno rezkanje valjastih zobnikov s kotalnim valjastim rezkarjem za polže

Če pa uporabimo kotalni valjasti rezkar za polže na rezkalnem stroju za kotalno rezkanje zobnikov (slika 7.3), je postopek mnogo produktivnejši. Omejitve, ki lahko nastopijo pri nastavitvah nagibnega vretenika z orodjem napram obdelovancu, so tipične le še za klasične stroje. Pri numerično vodenih izvedbah strojev teh problemov običajno ni. Rezkalni stroj za rezkanje polžev je podoben stružnici, ki ima na prečnem suportu rezkalni vretenjak z lastnim pogonom, zato gibanje orodja ni odvisno od gibanja obdelovanca. Pri


81

večstopenjskih polžih je potrebno za vsak korak oz. stopnjo deliti oz. jo izdelati posebej. Kot orodje se uporablja kolutni (slika 7.4) ali steblasti oblikovni rezkar (slika 7.5).

Slika 7.4 Rezkanje polža na rezkalnem stroju za rezkanje polžev s kolutnim rezkarjem

Slika 7.5 Rezkanje polža na rezkalnem stroju za rezkanje polžev s steblastim oblikovnim rezkarjem

7.2.3 Luščenje (majenje) Prav tako lahko luščimo oz. majimo polž na rezkalnem stroju za kotalno rezkanje zobnikov (slika 7.6). Kot orodje uporabimo majilni oz. luščilni zobnik. Orodje opravlja le podajalno gibanje, glavno pa obdelovanec.


82

Slika 7.6Luščenje polža na rezkalnem stroju za kotalno rezkanje zobnikov z luščilnim zobnikom

7.2.4 Vrteljčno rezkanje Vrteljčno rezkanje na posebnem, za to prirejenem rezkalnem stroju ali kot dodatek na stružnici z vodilnim vretenom in z napravo za vrteljčno rezkanju na prečnem suportu. V vrteči se, obročasti rezkalni glavi so nameščeni profilni noži, ki rotirajo znotraj glave in predstavljajo glavno obdelovalno gibanje orodja (slika 7.7). Podajanje celotne obročaste glave z vodilnim vretenom, ki je nameščena v izsredni legi proti obdelovancu na suportu in nagnjena za ustrezni kot gama, nam omogoča gibanje nožev po vijačnici. Pri večstopenjskih polžih izdelamo vsako stopnjo posebej oz. delimo korak.

7.2.5 Brušenje Polže lahko tudi brusimo na strojih za brušenje navojev ali na posebnih brusilnih strojih za polže (slika 7.8). Orodje oz. brusna plošča s trapeznim profilom z ravnim ali ukrivljenim bokom, brusom v obliki prisekanih stožcev nastavimo tako, da nagnemo os vretena brusa za kot vzpona vijačnice in še dodatno (če stroj dopušča oz. po potrebi) za dodatni kot nagiba orodja. Z ustrezno nastavitvijo in geometrijo brusa izdelamo ustrezne tipe zobnih bokov polža.


83

Slika 7.7 Vrteljčno rezkanje s posebno vrtečo se rezkalno glavo

Slika 7.8 Brušenje polža na brusilnem stroju za brušenje polžev in zavojnic


84

7.3 IZDELAVA POLŽNIKOV

Polžnike izdelamo v osnovi s tangencialnim, radialnim ali kombiniranim, radialno-tangencialnim postopkom s kotalnim valjastim rezkanjem na rezkalnem stroju za kotalno rezkanje polžnikov oz. zobnikov (slika 7.9).

Slika 7.9 Izdelava polžnika na rezkalnem stroju za kotalno rezkanje

polžnikov

7.3.1 Radialni postopek Pri radialnem postopku (slika 7.10) opravlja orodje – kotalno valjasti rezkar – glavno rezalno gibanje in hkrati še radialni pomik k polžniku, ki opravlja pomožno vrtilno gibanje na končno globino rezanja.

osni

razm

ik

globina rezanja(radialno)

smerpodajanja

orodje

Slika 7.10 Radialni postopek izdelave polžnika

7.3.2 Tangencialni postopek Pri tangencialnem načinu (slika 7.11) pa orodje za razliko od predhodno navedenega postopka opravlja tangencialno podajalno gibanje glede na obdelovanec in že v začetku zavzame položaj za polno globino, ki jo doseže, ko gre kotalni rezkar oblike prisekanega stožca tangencialno ob polžniku preko sredine.


85

osna

razd

alja

dvostopenjsko frezalo

tangencialno podajanje

smer podajanja

Slika 7.11 Tangencialni postopek izdelave polžnika

Kadar opravlja kotalni rezkar glavno podajalno gibanje radilno in tangencialno hkrati, pa govorimo o radialno-tangencialnem načinu rezkanja polžnika.

7.3.3 Orodje za izdelavo polžnikov Orodje za izdelavo je valjasti oz. stožčasti kotalni rezkar (slika. 7.12), ki je lahko samostojen ali na gredi (slika 7.13), ali pa rezkalni obroč z enim ali več rezili (slika 7.14) za posamezno stopnjo. Čas izdelave je pri rezkalnih obročih z enim nožem ali večimi mnogo zamudnejši, saj je število rezil mnogo manjše (eno rezilo na stopnjo) kot pri kotalnih rezkarjih. Uporabljamo jih, ko nimamo ustreznega rezkarja oz. je cena orodja previsoka za posamično proizvodnjo.

Slika 7.12 Stožčasti kotalni rezkar

Slika 7.13 Stožčasti kotalni rezkar na gredi


86

b.

a.

c.

Slika 7.14 Rezkalni obroč z enim (a.) ali več (b.) rezili in primer namestitve

na frezalni trn (c.)

Z enim orodjem (rezkarjem) lahko naredimo več različnih polžnikov, ki se razlikujejo med seboj le po številu zob in od števila zob odvisnih dimenzijah. Za fino obdelavo polžnih koles se uporabljajo posebni valjasti kotalni rezkarji za fino obdelavo oz. glajenje površine zobnih bokov (slika 7.15).

Slika 7.15 Fina obdelavo polžnika s posebnim valjastim kotalnim rezkarjem za

fino obdelavo

Merilne veličine in njihova kontrola

8 MERILNE VELIČINE IN NJIHOVA KONTROLA

Presoja ali je gonilo dobro izdelano je potrebna. V tem poglavju so na kratko obdelani najpogostejši postopki preverjanja ustreznosti geometrije ozobja in telesa polža in polžnika ter dovoljeni odstopki.

8.1 UVOD

Vse kar preračunamo in, ko kasneje narišemo delavniške risbe, moramo na koncu prekontrolirati. Mišljene so merilne veličine. Vsaka delavniška risba polža in polžnika mora biti opremljena z vsemi merami, glede na izbrani izdelovalni postopek in potrebe uporabe, tolerancami in odstopki. Vsaka tolerirana mera, hrapavost površin idr. morajo biti premišljeni in skrbno načrtovani, sicer močno povišamo stroške obeh elementov. Že pri spremljanju risb je potrebno vedeti kakšne postopke oziroma merilne instrumente imamo na razpolago, da bomo merilne veličine tudi enostavno kontrolirali. Katero metodo bomo izbrali je odvisno od kvalitete tolerance polžne dvojice, velikosti gonila, proizvodne količine, razpoložljive opreme in nenazadnje od stroškov kontrole. Metoda mora zadovoljevati zahtevani kvaliteti polžnega para.

8.2 KONTROLA POLŽA

Za kontrolo polža uporabljamo različne merilne veličine. Katero merilno veličino bomo merili in kontrolirali je v veliki meri odvisno od merilnega pripomočka, ki ga imamo na razpolago. V preglednici 8.1 so podane merilne veličine polža, ki jih najpogosteje uporabljamo.

Preglednica 8.1 Merilne veličine polža Merilna veličina Označba Enačba Debelina zoba polža na srednjem valju v normalnem prerezu mns mmn

ms γπ cos2

=

Tetivna debelina zoba polža na srednjem valju v normalnem prerezu mns mnmnmn ds ψsin=

Višina zoba nad tetivo (globina merjenja) mnh ( )mn

mnmkmn

dhh γcos12

−+=

V praksi običajno kontroliramo le debelino zoba med izdelavo in po končani obdelavi ozobja.

8.2.1 Kontrola debeline zoba s posebnim pomičnim merilom Najpreprostejši postopek za meritev debeline zoba je neposredna meritev debeline zoba s pomočjo posebnega pomičnega merila za merjenje debeline zoba (glej Slika 8.1). Prednost uporabe posebnega pomičnega merila je v njegovi preprosti uporabi. Čeprav lahko izmerimo debelino zoba na poljubni globini, običajno merimo na srednjem valju polža. Ker pri tem postopku uporabljamo zunanji premer polža kot referenčno ravnino, lahko vsako odstopanje te površine vpliva na meritev in ga moramo upoštevati pri vrednotenju rezultatov. Sam premer temenskega kroga namreč že odstopa od imenske mere.

87


Slika 8.1 Neposredni način merjenja debeline zoba polža

8.2.2 Posredni način merjenja mere preko valjčkov Ker je meritev debeline zoba sorazmerno komplicirana, kontroliramo debelino zoba polža običajno posredno, z meritvijo mere čez tri valjčke premera DM ali kroglice (glej sliko 8.2 ). Izbor premerov DM merilnih teles je v standardu DIN 3977. Pri postopku meritve debeline zoba z uporabo valjčkov uporabimo tri valjčke enakega premera in mikrometer. Dva valjčka postavimo skupaj v sosednji vrzeli, tretjega pa v nasproti ležečo vrzel (slika 8.2 ). Za določitev mere preko valjčkov nato uporabimo vijačno merilo. Na točnost meritve vpliva odstopanje delitve in napaka profila. Obstaja več enačb za določitev mere preko valjčkov. Navedena je splošna enačba, ki omogoča določitev mere preko valjčka na poljubni debelini zoba, in sicer:

11 2sin11

1A

tgmDdM

nnMmV +−⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛++=

απ

α, (8.1)

kjer je A1 popravek zaradi poševne lege merilnega valjčka. Podan je z izrazom:

( ) nnM

nM

tgDaaDmA

ααα

sin4cos2

1 −= . (8.2)

Kot αn v enačbi 8.2 določimo z naslednjo enačbo:

( )mn tgarctg γαα cos= (8.3) Valjčke ali kroglice premikamo v medzobju v osni smeri in merimo M na različnih mestih in na ta način dobimo odstopke po celi dolžini polža b1.

88


Slika 8.2 Posredni način merjenja debeline zoba polža preko valjčkov

8.3 KONTROLA POLŽNIKA

Najpomembnejše merilne veličine polžnika, ki jih je potrebno kontrolirati, so zbrane v preglednici 8.2. Preglednica 8.2 Merilne veličine polžnika Merilna veličina Označba Enačba Debelina zoba polžnika na srednjem valju v normalnem prerezu 2mns m

mmn z

ds γπ cos2 2

2=

Tetivna debelina zoba polžnika na srednjem valju v normalnem prerezu 2mns m

m

mnmnmn d

sss γ22

2

32

2 cos6

−=

Višina zoba nad tetivo (globina merjenja) 2mnh ( )m

mnmkmn

dhh γcos12

−+=

8.3.1 Kontrola polžnika z etalonskim polžem z merjenjem medosnega razmika

Kontrola polžnika ni tako preprosta kot kontrola polža. Za kontrolo polžnika uporabljamo etalonski polž (mojster polž). Sestavimo dvojico polžnika z etalonskim polžem. Etalonski polž mora biti vsaj za en tolerančni razred boljše kvalitete kot je polžnik, ki ga kontroliramo. Dvojico sestavimo na pripravi, ki omogoča preko vzmetnih podpor premik polžnika pravokotno na os etalonskega polža, kot to prikazuje slika 8.3 . Kontrolo vršimo z vrtenjem dvojice etalonskega polža in polžnika, ki ga kontroliramo. Pri tem beležimo spremembo medosja pri zasuku polžnika za 360°.

89


etalonski polž

vrtenje

tlačne vzmeti

testni polžnik

merilna ura

Slika 8.3 Shematski prikaz naprave za kontrolo z etalonskim polžem

Odstopek medosja pri merjenju z etalonskim polžem določimo z naslednjo enačbo:

,2sin

2sin

r

n

wdaEi

r

n

wgaEa

FAA

FAA

−α

=

+α

= (8.4)

kjer Fr predstavlja radialni oplet.

8.3.2 Posredni način merjenja mere preko kroglic Zobno debelino polžnika lahko merimo podobno kot pri polžu posredno z diametralnim merjenjem čez merilne kroglice, ki jih vložimo v medzobje. Imensko mero čez kroglice izračunamo pri polžniku z lihim številom zob:

vvM

L dz

dM +=2

0 90coscoscos

αα

(8.5)

Za sodo število zob polžnika je imenska mera čez kroglice:

vvM

S ddM += αα

coscos

0 (8.6)

Mera MP:

2cos

cos20 v

vM

PddM −= α

α (8.7)

Če je premer merilne kroglice dv, izračunamo imensko vrednost vpadnega kota αM na krogu skozi središči kroglic z sledečo enačbo:

Mv

wgv

Mv

vvM mz

Az

xtgzmz

dinvinvγα

απγα

ααcoscos

22coscos 2222

++−+= , (8.8)

90


91

8.4.1 Bočna zračnost in odstopki debeline zoba Zobje polža in polžnika lahko zadovoljivo ubirajo le tedaj, če je med zobnimi boki zadostna bočna zračnost. Obratovalna bočna zračnost montirane dvojice polža in polžnika je odvisna od odstopka zobnih debelin in od odstopka medosja. Bočno zračnost lahko izmerimo, če zavrtimo polž ali polžnik proti drugemu, pri čemer mora biti eden nepomičen.

kjer je

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

M

nv

tgaγαα

costan . (8.9)

Slika 8.4 Meritev mere čez kroglice za polžnik

8.4 TOLERANCE

Da bi polžasti par ustrezal svojemu namenu, je potrebno, da so dejanski odstopki mer in oblik v okviru določenih toleranc, ki so odvisne od izbrane kvalitete. Podlaga za določanje toleranc polžnih zobnikov so standardi DIN 3967, DIN 3974-1 in DIN 3974-2. V tabeli 8.4 so podane smernice za izbiro kvalitete toleranc za polžne dvojice, ohišja in osni razmik v odvisnosti od področja uporabe. Pri izbiri kvalitete toleranc se prav tako lahko opiramo na izkustvene podatke.

dv

MP

ML, MS


92

Preglednica 8.3: Pregled odstopkov, ki so omenjeni ali tolerirani za posamezne kvalitete ozobja polžev in polžnikov po DIN 3974 in AGMA 2111-A98! Zap. št. Slovensko Nemško (DIN) Angleško (DIN) Angleško (AGMA) Oznaka

(DIN) Tolerirano

po DIN Oznaka

(AGMA)Tolerirano po AGMA

1 Odstopek kota profila Profil-Winkelabweichung Profile angle error fHα1

2 Odstopek oblike profila

Profil-Formabweichung Profile form error ffα1

3 Odstopek osnega razdelka

Axialteilungs abweichung Axial pitch error Worm pitch

variation fpx polž VpT1 polž

4 Posamezni odstopek razdelka

Teilungs-Einzelabweichung Adjacent pitch error Worm gear pitch

variation fp2 polžnik VpT2 polžnik

5 Skok osnega razdelka Teilungssprung Difference between adjacent pitches

fux, fu2 polž in polžnik

6 Skupni odstopek vzpona polža

Steigungs-Gesamtabweichung

Cumulative pitch error (worm)

Accumulated pitch variation - worm Fpz polž VapT1 polž

7 Skupni odstopek razdelka

Teilungs-Gesamtabweichung

Cumulative pitch error (worm gear)

Accumulated pitch variation-worm

gear Fp2 polžnik VapT2 polžnik

8 Skupni odstopek profila

Profil-Gesamtabweichung Total profil error Worm profile

variation Fα1, Fα2 polž in polžnik VøT1 polž

9 Krožni tek Rundlaufabweichung Radial run-out Thread and tooth run-out Fr1, Fr2

polž in polžnik VrT1,VrT2

polž in polžnik

10 Enobočni kotalni odstopek

Einflanken-Wälzabweichung

Tangential composite error

Single flank composite Fi'1, Fi'2

polž in polžnik

11 Enobočni kotalni skok Einflanken-Wälzsprung

Tangential tooth to tooth composite error

fi'1, fi'2 polž in polžnik

12 Skupni odstopek zavojnice Worm lead error VlT1 polž

13 Odstopek oblike zavojnice Worm lead form

error VlfT1 polž


Teoretično bočno zračnost določimo po enačbi:

m

na

m

snsnt

tgAAAjγα

+γ+

−=coscos

21 (8.10)

kjer pomeni odstopek debeline zoba polža v normalnem prerezu, odstopek debeline zoba polžnika v normalnem prerezu, odstopek medosja in

1snA 2snA

aA mγ kot vzpona na srednjem valju polža. Preglednica 8.4 Smernice za izbiro kvalitete toleranc po DIN 3961 do 3964 za polžna gonila

Kvaliteta Polž(1),

polžnik(2), ohišje(3)

Osni razmik(3) Področje uporabe

4…5 6(4)

Polž: kaljen, brušen (poliran) Polžnik: odvaljno rezkan Delilne glave na obdelovalnih strojih, regulatorji, mirno tekoča in brezhrupna gonila v1 > 5m/s

5…6 7(4) Dvigala (lifti), vrtilni mehanizmi, mirno tekoča gonila, močno obremenjena v1 > 5m/s

8…9 8(4) Gonila splošne strojegradnje brez posebnih zahtev glede mirnosti teka v1 < 10m/s

10…12 10(4) Pomožni pogoni, ročni pogoni, gonila za nastavljanje v1 ≤ 3 m/s Polž: stružen ali rezkan; Polžnik: odvaljno rezkan

(1) – preveriti napako profila, boke vteči (2) – paralelnost gredi po DIN 3964 (3) – po DIN 3964 (4) – velja za polža z enim ali dvema zoboma, za polž z več zobmi za eno kvaliteto boljše Preglednica 8.5 Zgornji odstopek debeline zoba v [sneA mμ ] po DIN 3967

Premer razdelnega kroga [mm]

Odstopek

nad do a ab b bc c cd d e f g h - 10 -100 -85 -70 -58 -48 -40 -33 -22 -10 -5 0 10 50 -135 -110 -95 -75 -65 -54 -44 -30 -14 -7 0 50 125 -180 -150 -125 -105 -85 -70 -60 -40 -19 -9 0

125 280 -250 -200 -170 -140 -115 -95 -80 -56 -26 -12 0 280 560 -330 -280 -230 -190 -155 -130 -110 -75 -35 -17 0 560 1000 -450 -370 -310 -260 -210 -175 -145 -100 -48 -22 0

1000 1600 -600 -500 -420 -340 -290 -240 -200 -135 -64 -30 0 1600 2500 -820 -680 -560 -460 -390 -320 -270 -180 -85 -41 0 2500 4000 -1100 -920 -760 -620 -520 -430 -360 -250 -115 -56 0 4000 6300 -1500 -1250 -1020 -840 -700 -580 -480 -330 -155 -75 0 6300 10000 -2000 -1650 -1350 -1150 -940 -780 -640 -450 -210 -100 0

93


Z izbiro velikosti bočne zračnosti oziroma tolerance je tesno povezana izbira tolerance debeline zoba. V praksi običajno postopamo tako, da na osnovi kvalitete ozobja in namembnosti gonila določimo razpon bočne zračnosti, pri čemer se opiramo na izkušnje. Po izbiri tolerančnega polja za polž in polžnik določimo zgornji odstopek debeline zoba v normalnem prerezu. Ustrezne podatke najdemo v tabeli

sneA8.5 oziroma v standardu DIN 3967.

Preglednica 8.6 Tolerančna polja debeline zoba v [snT mμ ] po DIN 3967

Premer razdelnega kroga [mm]

Tolerančno polje

nad do 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 - 10 3 5 8 12 20 30 50 80 130 200 10 50 5 8 12 20 30 50 80 130 200 300 50 125 6 10 16 25 40 60 100 160 250 400

125 280 8 12 20 30 50 80 130 200 300 500 280 560 10 16 25 40 60 100 160 250 400 600 560 1000 12 20 30 50 80 130 200 300 500 800

1000 1600 16 25 40 60 100 160 250 400 600 10001600 2500 20 30 50 80 130 200 300 500 800 13002500 4000 25 40 60 100 160 250 400 600 1000 16004000 6300 30 50 80 130 200 300 500 800 1300 2000 6300 10000 40 60 100 160 250 400 600 1000 1600 2400

Z izbiro velikosti tolerančnega polja še določimo toleranco debeline zoba v normalnem prerezu s pomočjo tabele snT 8.6 oziroma standarda DIN 3967. Spodnji odstopek debeline zoba izračunamo iz razlike odstopkov:

snsnesni TAA −= (8.11)

Po kontroli izračunane bočne zračnosti lahko v primeru prevelike ali premale bočne zračnosti korigiramo tolerančno polje, tako da izberemo drugo ustrezno velikost tolerančnega polja, ki zagotavlja ustrezno bočno zračnost. Pri določitvi bočne zračnosti moramo tudi upoštevati, da zoba polžnika preveč ne oslabimo. Zaradi tega moramo zagotoviti, da je izpolnjen naslednji pogoj:

05.02 <m

Asni (8.12)

Smernice za izbiro bočne zračnosti podaja diagram 8.1, ki vsebuje velikosti bočne zračnosti v odvisnosti od standardnega modula . nm Dobljene odstopke je potrebno še preračunati glede na ustrezno merilno metodo na način kot to podaja standard DIN 3967, dodatek B. Šele nato lahko opravimo kontrolo oziroma merjenje.

94


0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

0 5 10 15 20 25 30Modul [mm]

Bočn

a zr

ačno

st jt

[mm

]

Diagram 8.1 Smernice za izbiro bočne zračnosti

Pregled po DIN 3974-2 toleriranih odstopkov je v preglednici 8.3 v vrsticah od 3 do 11, po AGMA 2111-A98 pa v vrsticah 3, 4, 6-9 ter 12 in 13. V standardu so zbrani v tabelah za posamezne kvalitete ozobja v odvisnosti od modula, premera polža oziroma polžnika in števila zob polža. Za deklariranje kvalitete ozobja nam lahko služijo samo nekateri odstopki, ki smo jih sposobni kontrolirati oziroma tisti, za katere smo se dogovorili s stranko. Dopustne odstopke je enostavno odčitati iz tabel, težje je te odstopke pravilno izmeriti in ovrednotiti. Na risbi ohišja je potrebno kvaliteti ustrezno podati odstopke osnega razmika in kota med osema. Osni razmik običajno toleriramo po ISO tolerančnem sistemu s tolerančnim poljem js, kvaliteto polja pa prilagodimo kvaliteti ozobja. Priporočila za izbiro toleranc v odvisnosti od želene kvalitete položaja osnega razmika so zbrana v DIN 3964. Odstopanje kota med osema (90°) primerno prilagodimo razdalji med ležaji in odstopku osnega razmika. Tudi to najdemo v DIN 3964. Oba odstopka sta po velikosti sorazmerna zahtevani kvaliteti ozobja in hkrati odražata kvaliteto našega strojnega parka – naše zmožnosti. Preko te meje s kvaliteto ne moremo. Nesmiselno se je utrujati z doseganjem visoke kvalitete polža in polžnika, medtem ko smo z ohišjem daleč od te kvalitete ali obratno. Tem odstopkom moramo primerno izbrati toleranco debeline zoba in s tem bočno zračnost, ki zagotavlja delovanje gonila tudi pri skrajnih tolerancah pomembnih mer. Najpomembnejše tolerance, ki vplivajo na bočno zračnost gonil so tolerance debeline zoba in tolerance osnega razmika. Če pa imamo opravka z zahtevnim gonilom, je potrebno upoštevati še množico drugih vplivov, ki jih je mogoče zajeti računsko. Nekaj je takih, ki zmanjšujejo bočno zračnost in takih, ki jo povečujejo. Več je takih vplivov, ki bočno zračnost zmanjšujejo, kot tistih, ki jo povečujejo. Kako narediti te izračune in jih ovrednotiti, je priporočeno po standardu DIN 3967. Osnovnih smernic, kolikšne naj bodo minimalne in kolikšne maksimalne bočne zračnosti v standardih ni! Orientacijske vrednosti lahko najdete v preglednici 8.7 in diagramu 8.1. Vrednosti so izbrane tako, da zagotavljajo pri normalnem obratovanju potrebno bočno zračnost, pri kateri še ne prihaja do zatikanja. Pri natančnejših gonilih (zmanjšana zračnost, zelo enakomeren tek) in gonilih z posebnimi zahtevami (delovanje pri povišanih temperaturah) pa bomo morali spraviti dejanske bočne zračnosti v druge meje, jih računsko predvideti in na koncu tudi preveriti z merjenji na izdelanem gonilu, včasih tudi med obratovanjem.

95


Preglednica 8.7 Priporočene zračnosti polžnih gonil v odvisnosti od področja uporabe Zap.št. jmax jmin uporaba

1 0,0007.dm2+0,022.m+0,09 0,0004.dm2+0,014.m+0,025 manj zahtevna gonila

2 0,0005.dm2+0,016.m+0,06 0,0003.dm2+0,011.m+0,025 zmogljiva gonila

3 0,00035.dm2+0,011.m+0,05 0,00025.dm2+0,008.m+0,025 precizna gonila

8.4.2 Postopki določevanja dovoljenih odstopkov kontrolnih mer debeline zoba polža in polžnika

Enostavni postopek: 1. Izberemo tolerance zobne debeline polža in polžnika. Za polžnik se priporoča izbira

tolerančnega polja h, tako da zob polžnika čim manj oslabimo. 2. Izberemo toleranco osnega razmika. 3. Izračunamo teoretične bočne zračnosti. 4. Primerjamo jih z vrednostmi iz diagrama 8.1 ali izkustvenih enačbah, ki so povzete po

starem standardu AGMA 234.01 (v novih standardih tega več ni!) in zbrane v preglednici 8.7 . Uporabimo lahko tudi smernice za izbiro bočne zračnosti za zobniška gonila iz Podlesnika.

5. Če vrednosti bistveno ne odstopajo so tolerance dobro izbrane. Še posebej je potrebno paziti, da najmanjša teoretična bočna zračnost ni manjša od priporočene, saj lahko pride do zatikanja ali pregrevanja gonila pri obratovanju.

Natančnejši postopek:

1. Izračunamo vse vplive na bočno zračnost po DIN 3967. 2. Upoštevamo največje debeline zob polža in polžnika ter najmanjši osni razmik,

dodamo vplive, ki zmanjšujejo bočno zračnost ter bočno zračnost izračunamo. Ta ne sme biti manjša od nič – ne sme pokazati presežka materiala! Pri izračunih lahko upoštevamo tudi statistične tolerance (DIN 7186), ki upoštevajo verjetnost, da vse skrajne vrednosti toleranc niso nikoli hkrati prisotne. Statistične metode uporabimo še posebej takrat, ko so zahtevana gonila z zmanjšano zračnostjo ali kakimi drugimi posebnimi zahtevami.

3. Izračunamo še največjo bočno zračnost. Če ocenimo, da je prevelika jo lahko zmanjšamo z ožanjem tolerančnih polj (polža, polžnika in ohišja) in boljšanjem kvalitete ozobij polža in polžnika. Ne smemo pa jih zožiti toliko, da jih ne bi bili več v stanju zanesljivo izdelati.

Lastni postopek:

Najprimerneje je, da si izdelamo lastno metodo in kriterije, kako izbirati ustrezne tolerance, ki ustrezajo našim možnostim in postopkom pri izdelavi in kontroli. Metoda naj bo v skladu z veljavnimi standardi, da se lažje sporazumevamo s strankami, najvažnejše pa je zagotavljanje kvalitete in zanesljivosti delovanja. Teoretično bočno zračnost pri idealno izdelanem polžu, polžniku in ohišju, ter pravilno sestavljenem gonilu izračunamo po enačbi (8.10). Če upoštevamo največja polž in polžnik ter najmanjši osni razmik dobimo najmanjšo bočno zračnost. Ob upoštevanju najmanjših polža in polžnika in največjega osnega razmika pa dobimo največjo teoretično bočno zračnost.

96


Tudi način kontrole in izračun kontrolnih mer si moramo izdelati sami, saj tega v standardu ne najdemo. V dodatku B standarda DIN 3967, najdemo navodila, kako izračunavamo faktorje kontrolnih mer za druge postopke merjenja (mera preko valjčkov, kroglic, za enobočno in dvobočno kontrolo…)

97

Konstrukcijske izvedbe polžnih gonil

98

9 KONSTRUKCIJSKE IZVEDBE POLŽNIH GONIL

Oblikovanje polžnih gonil je zelo zahtevno, še posebej kadar želimo enostavno in poceni gonilo. Poglavje podaja informacije o najbolj značilnih izvedbah polžnih gonil, oblikah ohišja, izvedbi polža in polžnika in o potrebni opremi polžnega gonila.

9.1 UVOD

Polžna gonila oblikujemo glede na zahtevnost, velikost in področja uporabe gonila. Že pri odločitvi, da bomo uporabili polžno gonilo moramo pretehtati več različnih možnosti. Že v času zasnove moramo razmišljati o ceni gonila, zanesljivosti pri obratovanju in enostavnem vzdrževanju. Kupca vedno zanima cena, kakovost pri obratovanju, majhni stroški vzdrževanja in dolgo obratovanje. Vse navedeno moramo uravnovesiti tako, da je izdelek konkurenčen na trgu. V prejšnjih poglavjih smo že spoznali, da je izkoristekpolžnih gonil v velikem raztrosu, od zelo velikega pa do zelo majhnega. Če se le da se jih izogibamo pri trajnih pogonih, ker je poraba energije prevelika.

Slika 9.1 Presek nasadnega zobniško polžnega gonila z ventilatorjem na polžu

Mnogokrat je ravno nabavna cena gonila tista, na podlagi katere se kupec odloči. Snovalci moramo upoštevati celotno delovno dobo gonila in stroške, ki pri tem nastajajo. Naj omenimo najvplivnejše: nabavna cena novega gonila, stroški montaže gonila na objekt, poskusni zagon, utekanje, poraba energije in stroški vzdrževanja. Polžnim gonilom moramo posvetiti pred in med delovanjem več pozornosti, kot drugim gonilom.


99

Po svoji obliki so polžna gonila kotna gonila in so primerna še posebej tam, kjer ni mnogo prostora v smeri izstopne gredi ali kjer potrebujemo obojestransko izstopno gred. Polžno gonilo je zelo primerno za oblikovanje nasadnega gonila (z votlo izstopno gredjo – sliki 9.1 in 9.3). Uporabljajo se kot samostojna gonila, kot zobniško polžna gonila, pa tudi povezave z večstopenjskimi zobniškimi gonili ter planetnimi gonili niso redke. Polžna gonila so primerna za izdelavo gonil z zmanjšano oz. nastavljivo zračnostjo.

Slika 9.2 Motorno zobniško polžno gonilo

Zelo je pomembna količina izdelanih gonil in število izvedb gonila glede oblike in prestavnih razmerij. Tako se v industrijski uporabi v vedno večji meri uporabljajo zobniško polžna gonila (slike9.1 , 9.2, 9.3 in 9.26 )

Taka gonila so cenejša in imajo boljši izkoristek od čistih polžnih gonil. Cenejša so zaradi načina sestavljanja in zelo velike raznolikosti, ki jo dosegamo z malim številom različnih elementov – modulna gradnja izdelkov. Na ta način dosežemo velike serije posameznih sestavnih delov, gonila pa so manjša, zmogljivejša in cenejša, čeprav je število sestavnih delov posameznega gonila večje.

9.2 IZHODIŠČA ZA OBLIKOVANJE POLŽNIH GONIL

Preden se lotimo izračunov in oblikovanja, se moramo dobro seznaniti z dejanskimi razmerami, z načinom delovanja gonila, pogostostjo vklopov, izračunati vztrajnostne mase gnanega stroja in drugimi obratovalnimi pogoji ( tipi pogonov S1 do S8 po DIN EN 60034). Zelo pomembno je, kje bo gonilo obratovalo; na prostem, v večjem objektu ali v majhnem zaprtem prostoru. Poznati moramo temperaturo okolice, kjer bo gonilo in ali se ne bo prostor preveč segreval zaradi obratovanja gonila. Ne smemo pozabiti, da prostor razen gonila greje tudi pogonski motor, katerega izgube lahko znašajo od 5% pa tja do 40%. Zato je pri izbiri motorja potrebno upoštevati oziroma izbrati energijsko varčnega. Gonilo je lahko izpostavljeno trdnim delcem (prah, pesek, moka…) ali tekočinam (voda, kemikalije…) zato je potrebno razmisliti o stopnji mehanske zaščite IP (DIN 40050), splošni zaščiti – udarci in


100

padajoči predmeti (DIN EN 50014) in morebitni eksplozijski zaščiti EEx (DIN EN 50014 in DIN VDE 0165). Eksplozijska zaščita je za gonila pomembna zaradi prekomernega segrevanja ohišja, še mnogo bolj pa za pogonski elektromotor, priključno omarico, uvodnice in stikala. Običajne stopnje mehanske zaščite za industrijska gonila so IP44 in boljše. Stopnje zaščite boljše od IP55 so občutno dražje in zahtevnejše.

Slika 9.3 Nasadno motorno zobniško polžno gonilo z enodelnim ohišjem s pokrovom

gred gnanega stroja

votla gred polžnika

spenjalni obroč

Slika 9.4 Prerez spenjalne zveze

Pri oblikovanju polžnih gonil moramo veliko pozornosti nameniti mazanju (količina in vrsta mazalnega sredstva ter način mazanja), tesnjenju (upoštevati višje temperature olja in ohišja), odzračevanju (zaradi visokih temperatur prihaja do izparevanja določenih komponent maziva) in vzdrževanju (redna menjava olja, tudi pri uporabi sintetičnih olj se redko odločamo za gonila brez vzdrževanja). To je zelo pomembno še posebej pri nekaterih oblikah vgradnje (IMB6, IMB8 in IMB8I (zgornji polž)), kjer je potrebno paziti na mazanje polža in polžnika ter nekaterih ležajev. Pozabiti ne smemo na to, kako postaviti gonilo na objekt (obesni člen), njegovo pritrditev na objekt (noge, prirobnica (IM B5,IM B14), momentna ročica), povezovanje gredi (polna gred, votla gred, gladka gred s spenjalno zvezo (shrink disc, Schrumpfscheibe) 9.4) in področje uporabe (živilska industrija, kemična industrija, delo z


101

eksplozijskimi snovmi). Glede na lego proti polžniku ima lahko polž naslednje položaje (slika 4.7): polž pod polžnikom (a), polž nad polžnikom (b), polž na strani in os polžnika vertikalna (c) ter polž na strani in os polžnika horizontalna (č). Če je mazanje tlačno, potem je vseeno, kje je polž. Pri mazanju s potapljanjem je lahko polž, odvisno od obodne hitrosti, nameščen spodaj, na strani (v1 ≤ 10 m/s) ali zgoraj (v1 ≤5 m/s). Še posebej je potrebno paziti pri zgornjem polžu, če se gonilo večkrat za dalj časa ustavlja, sledi pa zagon s polno obremenitvijo, saj ubirata polž in polžnik kar nekaj časa brez mazanja. V tem primeru je priporočljivo uporabiti višji nivo olja z raztezno posodo. Pri dolgotrajnem obratovanju polžnih gonil še posebej pri gonilih z velikim prestavnim razmerjem (slabšim izkoristkom), kjer hladilna površina gonila ne zadostuje, je potrebno dodati hladilni sistem.

9.2.1 Oblikovanje ohišij Polž in polžnik morata biti vgrajena na določeni medosni razdalji, osi pa morata oklepati med seboj določen kot, ki je običajno 90°. Za manj zahtevne pogone temu ustreza enostavna zvarjena ali sestavljena vijačena konstrukcija, ki nudi polžu in polžniku ustrezno oporo (manjše zapornice, napenjalniki, navijalniki, dvižne naprave…, ki jih poganjamo predvsem ročno). Polž in polžnik sta vidna z namenom, da lahko uporabnik enostavno najde pogon, ki ga želi uporabiti. Zaradi varnosti je takšen pogon lahko zaščiten z mrežo prozorno plastiko ali naluknjano pločevino. Take polžne pare mažemo z mastjo ali pa na njihova ozobja z razpršilnikom nanesemo tanek sloj maziva ali proti korozijske zaščite. Za druge, predvsem motorne pogone pa polžev par vgrajujemo v ohišja. Ohišje mora zadostiti mnogim zahtevam:

- zagotavljanje medsebojnega položaja polža in polžnika ter prevzem notranjih sil (ležaji) v gonilu, ki se pojavljajo med obratovanjem,

- ohišje je rezervoar maziva in mora omogočati enostavno kontrolo količine maziva in njegovo zamenjavo ter preprečevati samodejno iztekanje maziva,

- oblikovano mora biti tako, da omogoča učinkovito hlajenje, - varovanje polžnega para pred zunanjimi vplivi (voda, prah) in varovanje uporabnika

pred poškodbami, - prenašanje zunanjih obremenitev (sile na izstopni gredi), - omogoča pritrditev gonila na objekt (prirobnica, noge, momentna ročica…), - gonilo moramo enostavno in varno prenašati (kavlji, obesni členi…), - mora biti enostavno za izdelavo, dovolj natančno in poceni ter omogočati zanesljivo

sestavljanje gonila in nastavljanje položaja polžnika, - dušiti hrup, ki nastaja v gonilu.

Pri manjših polžnih gonilih je lahko ohišje enodelno s pokrovom, ki je na nasprotni strani polžnika kot polž (slika 9.5 č). Glavne prednosti enodelnih ohišij je velika togost ohišja, natančnost izdelave in njegova cenenost, saj ni nobenih dodatnih obdelav, ki so potrebne pri sestavljenih. Odpade tudi pozicioniranje posameznih sestavnih delov. Slaba stran je zahtevnejša montaža in težavnejše servisiranje, zato se taka gonila uporabljajo za manjše moči (do 50 kW), vendar se ta meja vedno bolj viša. Mogoča je izvedba z enodelnim ohišjem brez pokrova (slika 9.5 d), ki je še posebej primerna pri izvedbah z nasadnim polžem. Pri večjih gonilih so ohišja deljena po ravnini v osi polžnika (slika 9.5 b) ali po ravnini v osi polža (slika 9.5 a). Prednost imajo simetrične izvedbe ohišja z izvrtino za montažo polža, pri čemer v izvrtino vgrajene puše omogočajo enostavno vgradnjo (slika 9.11 , 9.13 in 9.17 b) in zagotavljajo dober prevzem osne sile z ležajev.


102

a b c č d

Slika 9.5 Izvedbe ohišij polžnih gonil

Na ohišju polžnika morajo obstajati možnosti za vgradnjo pokazatelja nivoja olja, za neposredno kontrolo gladine (slika 9.11 ) ali s pomočjo palice, ki se potaplja, oziroma s pomočjo plovca. Ohišje mora imeti tudi odprtino za praznjenje, sistem za odzračevanje (slika 9.14 ), kakor tudi odprtino za izpust olja. Ohišje mora biti dovolj togo, da zagotovimo dobro ubiranje med polžem in polžnikom. Razen tega mora ohišje omogočati dobro odvajanje toplote (orebrenje), vendar mora tudi zagotavljati dovolj velik prostor za olje (zaradi hlajenja in možnosti usedanja nesnage, kakor tudi zaradi daljše življenjske dobe olja).

9.2.1.1 Napotki za konstrukcijo ohišij Ohišja polžnih gonil lahko izdelamo na več načinov in iz več različnih gradiv. Največji vpliv na obliko in gradivo ima velikost polžnega gonila in količina izdelanih gonil, kar se skupaj odraža v ceni posameznega gonila (preglednica 9.1 ).

Preglednica 9.1 Izvedbe ohišij

Izvedba Velikost gonila (medosje v mm)

Izstopni moment iz gonila (Nm) Posamična gonila Večje serije

Zelo majhna rezkano iz celega kosa iz Al zlitine ali jekla

plastika, Al-zlitine, tlačni liv – enovito ohišje do 50 (do 50)

Al-zlitine tlačni liv ali siva litina kokilni liv – enovito ohišje

Majhna varjenci iz jekla ali Al-zlitin ali rezkano iz celega 10 do 400 (od 20 do 80)

siva ali jeklena litina lita v pesek ali kokilo – ohišje

enovito ali deljeno

Srednja varjena ohišja iz jekla – ohišje deljeno ali enovito 100 do 8 000 (od 40 do 400)

večinoma iz železnih gradiv varjene konstrukcije ali ulitki

– deljena ohišja

Velika siva ali jeklena litina lita v pesek – deljena ohišja nad 5000 (nad 250)

Ohišja so lahko izvedena z enim ali dvema bočnima pokrovoma, ki hkrati nosijo vležajenje polžnika, odprtina v ohišju pa služi za montažo polžnika. Vendar se tudi ta izvedba manj uporablja v korist enodelnih ohišij. Pri teh izvedbah je več dragih obdelav, večje število sestavnih delov, slabša natančnost, je pa zelo elegantna in enostavne montaže. Ohišje je lahko gladko ali orebreno. Ohišje lahko orebrimo iz dveh razlogov. Z orebritvijo dobimo bolj togo ohišje in precej povečamo hladilno površino gonila. Če kljub orebritvi hlajenje ne zadošča, tako gonilo dodatno hladimo z ventilatorjem, ki je na gredi polža. Pri oblikovanju ohišja je potrebno upoštevati še osnovna načela o konstruiranju in oblikovanju. V preglednici 9.2 so zbrani osnovni napotki za izbiro pomembnih mer za oblikovanje litega ohišja.


103

Preglednica 9.2 Napotki za oblikovanje litih ohišij polžnih gonil Oznaka na sliki RRR

Enačba Veličina (orientacijske

vrednosti) Opomba

Osni razmik a Določen z izračunom gonila Debelina stene ds 0,04 . a + (2...3) mm V bližini pritrditve gonila Debelina stene ds1 (0.8...0.85) . ds Debelina prirobnice dp (1,25...1,5) . ds Debelina noge dn (2.25...2.75) . ds Vijak temelja - premer Dt (1,5...2) . ds Potrebna trdnostna kontrola Vijak ohišja - premer Dp (1…1,5) . ds Potrebna trdnostna kontrola Razmik vijakov ohišja av (10…15) . ds Razmik med rebri v korenu ar ds ali ds1 Debelina stene pod rebrom Debelina rebra na koncu drk 0,33 . ar Debelina rebra v korenu dro (1…1,5) . ar Višina rebra Hr (4…5) . ar Višine reber so lahko večje

9.2.1.2 Dodatna oprema Z namenom, da bi bila življenjska doba gonila čim daljša, montaža gonila na objekt enostavna, vzdrževanje in kontrola gonila v tem času poceni, imamo na razpolago nekaj elementov dodatne opreme, ki nam pri tem pomagajo. Najvažnejši so: navojni čep za izpust olja, pripomočki za kontrolo količine olja, odzračnik, obesni člen, večja odprtina s pokrovom za kontrolo polžnika (slika nošenja) ter dodatna oprema za hlajenje olja. Čep za izpust olja je potreben, da lahko iz gonila izpustimo staro iztrošeno olje, brez demontaže gonila (slika 9.6). Zato mora biti nameščen na najnižjem delu gonila, da vse olje izteče (slika 9.11 ). Po vsakem izpustu je priporočljivo, da notranjost gonila operemo, tako da iz gonila gonila odstranimo vse produkte, ki nastanejo pri obratovanju gonila.

Slika 9.6 Čep za izpust olja

To so predvsem delci, ki nastanejo pri obrabi in usedline, ki ostanejo od maziva, ko le to izpareva. V primeru, da smo pri menjavi olja in čiščenju gonila površni, mnogo škodljivih in neuporabnih snovi ostane v gonilu. Posledica so lahko motnje pri mazanju ležajev, slabši izkoristek in večja obraba. Izpustni čepi so različnih oblik. Najpogosteje uporabljamo navojne čepe s finim metričnim navojem. Čepi morajo dobro tesniti: uporabimo stožčast navoj (slika 9.6) ali pa vijak z glavo, kjer med glavo in ohišje vstavimo tesnilno podložko, ki pa zahteva v okolici navojne izvrtine dodatno poravnanje ohišja. Pripomočki za kontrolo količine olja so namenjeni ugotavljanju količine olja v gonilu (slika 9.7 ). Količino olja kontroliramo med delovanjem gonila običajno pa je potrebno gonilo ustaviti.


104

− Nivo olja lahko kontroliramo z odvitjem čepa, ki je nameščen na mestu do koder mora

segati olje. Čep mora ustrezati zahtevam čepa za izpust. Pri nalivanju olja moramo pri kontrolnem čepu pustiti izteči preveč nalito olje. Kontrola je mogoča samo med mirovanjem gonila.

− Količino olja preverjamo tudi z merilnimi paličicami, na katerih sta označena največji in

najmanjši nivo olja. Kontroliramo med mirovanjem gonila z izvlačenjem (kontrola olja v avtomobilskem motorju), paličice ter pregledom višine omočenja paličice z oljem.

− Za ugotavljanje nivoja olja uporabljamo še prozorne čepe iz umetnih materialov ali pa

kovinske čepe s prozornimi okenci(slika 9.7 c), skozi katere vidimo, če olje sega do okenca ali ne. Tudi pri tej vrsti merilnika moramo gonilo ustaviti in nekaj časa počakati. Najlažja je kontrola pred zagonom gonila.

− Za kontrolo olja lahko namestimo okence, ki je visoko nekaj deset milimetrov z

označenima najvišjim in najnižjim nivojem (slika 9.7 b). Če je postavitev okenca primerna (olje ne brizga po okencu), je mogoča kontrola tudi med obratovanjem gonila.

− Še posebej pri večjih gonilih uporabljamo oljekaze, pri katerih je olje po prozorni cevki

speljano iz gonila (slika 9.7 a in 9.11 ). Nivo kontroliramo med delovanjem gonila. Tako napravo lahko kombiniramo tudi z odzračnikom.

Slika 9.7 Oljekazi

− Pri gonilih, ki zahtevajo iz različnih razlogov zelo visok nivo olja kontroliramo nivo olja v

razstezni posodi, ki je hkrati tudi odzračnik. Odzračnik (zračnik) ali oddušnik (slika 9.8 ) je potreben, da v gonilu preprečimo nastajanje nadtlaka ali pa ta nadtlak omejimo. Nadtlak v gonilu nastaja nekaj zaradi segrevanja, v glavnem pa zaradi izparevanja posameznih sestavin maziva (olja). Pri majhnih gonilih brez vzdrževanja, ki so polnjena z mastjo ali sintetičnim oljem lahko izvedemo gonilo brez odzračnika. Trend v svetu je izdelati gonilo brez vzdrževanja. Ker odzračnik vedno predstavlja potencialno nevarnost iztekanja olja se ga izognemo, če je le mogoče. Ker pa se pri delovanju polžnih gonil, še posebej na mestu ubiranja, pojavljajo visoke temperature, moramo dobro razmisliti, preden se odločimo za gonilo brez odzračnika. Posledica je lahko, da tesnila


105

popustijo in pride do iztekanja olja, kar pa ni dopustno. Za gonila, ki smo jih izdelali brez odzračnika je zaradi varnosti in zanesljivosti priporočljivo dodatno testiranje.

navadni s stožčastim navojem

iz umetne mase

Slika 9.8 Odzračniki

− Navadni odzračnik je vijak z odprtino (slika 9.8 – navadni s stožčastim navojem ter iz

umetne mase in pločevine). Običajno je luknja narejena v osi vijaka do glave v glavi pa jo zavijemo prečno na os. Tako se napravi zato, da odprtina ni direktna. Odzračnik namestimo v najvišji točki gonila. To mesto mora biti z notranje strani gonila zaščiteno pred direktnim brizganjem olja, saj pride v tem primeru do iztekanja olja skozi odzračnik. Stožčasti navoj se uporablja zaradi enostavnejšega in učinkovitejšega tesnenja. Pri zahtevnejših gonilih so odzračniki oblikovani tako (slika 9.8 kaskadni in cevni), da dopuščajo iztok plinov in par, olje pa se zaradi teže vrača v gonilo. Odzračniki lahko imajo tudi filter, ki preprečuje prahu in umazaniji v gonilo (slika9.8 – navojni s filtrom). Kljub temu je potrebno paziti kam namestiti odzračnik. Ne smemo pa pozabiti, da ima odzračnik tudi svojo ceno.

− Izstopno odprtino odzračnika lahko zavarujemo pred prodorom snovi iz okolice v gonilo tudi s stožcem ali s kroglico in vzmetjo. Take odzračnike uporabimo, kadar hočemo gonilo s povečano stopnjo mehanske zaščite. Pri takih gonilih se lahko pojavi določen nadtlak, ki je odvisen od prednapetosti vzmeti, ki pritiska na zaporno kroglico ali stožec.

Obesni člen (slika 9.9) je potreben za prenašanje gonila pri sestavljanju in vgradnji na objekt. Potrebni so pri gonilih, ki so težja od 150N za prenašanje gonil. Enega in več obesnih členov lahko privijemo v ohišje ali pa že samo ohišje oblikujemo tako, da ga je mogoče enostavno in varno obesiti na kavelj ali vrv.


106

Slika 9.9 Obesni člen

Obesni členi (očesni vijak, vijak z ušesom) so standardizirani po DIN, predvideni po velikostih za različne obremenitve. Primer vgradnje obesnega člena vidimo na slikah 9.10 in 9.12 . V preglednici 9.3 so zbrane nosilnosti najpogostejših obesnih členov.

Slika 9.10 Polžno gonilo z zgornjim polžem in ventilatorjem za hlajenje

Preglednica 9.3 Nosilnosti obesnih členov Oznaka navoja M8 M10 M12 M16 M20 M24 M30 M36 M42 M48 M56 M64

Nosilnost [kN] 1 2 2,5 5 8 12 18 28 38 50 70 100

Odprtino za kontrolo obrabe polžnika (slika 9.12 )lahko zasledimo predvsem na večjih gonilih. Velikost odprtine je odvisna od velikosti gonila. Pokrita je lahko s kovinskim ali prozornim plastičnim pokrovom. Skoznjo lahko opazujemo delovanje polža in obrabo polžnika, v začetku obratovanja pa tudi sliko nošenja. Pri manjših gonilih lahko opravimo kontrolo pri pokrovu odprtine, ki je namenjena za montažo polžnika. Kontrola obrabe polžnika je lahko sprotna, ali pa jo opravimo ob remontu stroja. Hladilni sistem - v primeru kadar so termične obremenitve gonila prevelike, je potrebno dodatno hlajenje olja. To lahko izvedemo na več načinov. Skozi gonilo napeljemo nekaj cevi, skozi katere teče hladilna voda (slika 9.14 ). Uporabimo lahko tehnološko vodo ali pa kar vodo iz vodovoda. Druga pogosta izvedba hlajenja je z obtočno črpalko in hladilnikom olja.


107

Običajno jo kombiniramo z mazalnim sistemom in povratno hladno olje brizgamo med polža in polžnik in na kritična ležajna mesta. Več o tem glej v poglavju o mazanju polžnih gonil.

9.2.2 Vležajenje polžev in polžnikov Pri manjših polžnih gonilih so običajno dovolj navadni kroglični ležaji ali kroglični ležaji s poševnim dotikom. Z večanjem gonila se na polžu hitro pokaže potreba po močnejših ležajih, kar je posledica velikih osnih sil. Težave rešujemo z večjim dvorednim krogličnim ležajem ali stožčastimi ležaji, ki jih lahko vgrajujemo na različne načine. Pri zelo velikih gonilih in obremenitvah se uporabljajo sodčkasti ležaji ali kombinacije radialnih in aksialnih ležajev.Zaradi nižjega izkoristka in dobrega hlajenja ohišja se notranjost polžnih gonil segreva bolj kot ohišje. Zato je potrebno paziti še posebej pri „X“ izvedbi vležajenja, da pri montaži pustimo ležajem dovolj zračnosti. Med ležaje in ozobje mnogokrat namestimo zaščitne obroče, ki preprečujejo direktno brizganje olja skozi ležaje proti radialnim grednim tesnilom. Oroči imajo obliko kolobarja ali plašča prisekanega stožca. V ta namen lahko uporabimo tako imenovane „Nilos“ in „gama“ obroče, ki jih lahko dobimo pri proizvajalcih tovrstne opreme. Obroče lahko izdelamo tudi sami ali pa uporabimo druge standardne elemente (podložke).

Slika 9.11 Polževo gonilo s spodnjim polžem in varjenim ohišjem Na slikah 9.13 , 9.15 , 9.17 , 9.18 in 9.19 so že prikazane nekatere od možnosti vležajenja polžev in polžnikov. Če so aksialne obremenitve večje, jih je potrebno prenašati s aksialnimi enosmernimi in dvosmernimi ležaji. Na sl. 9.13 , 9.15 in 9.17 so prikazane različne možnosti vležajenja valjastih polžev. Osnovno vodilo je, da naj bo razmik med ležajema čim manjši, da je upogib polža čim manjši. Polži so lahko izdelani z gredjo iz enega kosa (slika 9.18 a) ali pa so povezani z gredjo z moznikom (slika 9.18 b).


108

Slika 9.12 Visoko zmogljivo polžno gonilo

Polžnike vležajimo ali v kotalne ali v drsne ležaje. Glede na velikost obremenitve, se uporabljajo kroglični ležaji (enoredni ali dvoredni) ter valjčni in stožčasti ležaji. Na sliki 9.10 je prikazana izvedba gonila s polžem nameščenim zgoraj in vležajenim s stožčastimi ležaji. Polžnik je vležajen v kroglične ležaje. Hlajenje je izvedeno s pomočjo reber in ventilatorja, nameščenega na gredi polža. Mazanje je izvedeno s potapljanjem polžnika. Ohišje je lito, dvodelno. Na sliki 9.11 je prikazana izvedba s polžem nameščenim spodaj, vležajenim v radialne kroglične in aksialne ležaje, polžnik v drsne ležaje, ohišje je dvodelno zavarjeno brez posebej izvedenega hlajenja.

Slika 9.13 Vležajenje polža v kroglični in dvoredni kroglični ležaj

Na sliki 9.12 je prikazana izvedba visoko zmogljivega gonila s polžem spodaj, vležajenim v radialne in aksialne ležaje, polžnik pa v radialne kroglične ležaje. Ohišje je lito, dvodelno in orebreno ter zaradi boljšega hlajenja z ventilatorjem na polžu. Mazanje se vrši s potapljanjem.

Na sliki 9.14 je prikazano globoidno polžno gonilo v liti izvedbi, pri katerem je polž vležajen v sodčaste in stožčaste, polžnik pa v stožčaste ležaje. Ohišje je dvodelno, lito in orebreno. Mazanje se vrši s potapljanjem, hlajenje olja pa je izvedeno s hladilniki, nameščenimi v oljni kopeli.


109

Slika 9.14 Globoidno polžno gonilo

a b c

Slika 9.15 Izvedba aksialnega vležajenja polža

9.2.3 Oblikovanje polža in izbira gradiv Pri oblikovanju gonila si moramo prizadevati, da bomo čim boljše izkoristili material in prostor, ki ju imamo na razpolago. Nekaj napotkov smo dobili že pri snovanju gonila (polževa značilnica) in pri trdnostnem izračunu (poves polža). Pri oblikovanju polža moramo biti zelo pozorni na način izdelave polža. Prav izdelava vijačnice polža je tista, ki v največji meri vpliva na obliko in nosilnost. Pri polžih rezkanih s ploščatim rezkalom in vrteljčno rezkanih polžih žleb za iztek ni potreben (slika 9.16), kar zelo ugodno vpliva na togost polža. Stružena vijačnica zahteva žleb za iztek stružnega noža. V primeru dovolj velikega premera zavojnice (večja polževa značilnica) in manjših ležajev, lahko za iztek uporabimo kar ležajne sedeže. To pa ni ugodno pri večjih prestavnih razmerjih, saj nam polž zavzame preveč prostora. Pri manjših vrednostih polžne značilnice postane polž bolj vitek. To je še posebej


110

neugodno pri večjih polžnikih, saj moramo ležaje polža dodatno razmakniti, kar povzroči prevelike povese polža.

podložka polž brez izteka v ijačnice

polžnik

stožčasto vležajenje polža

vskočnik

Slika 9.16 Polž brez žleba za iztek vijačnice

a

b

c

Slika 9.17 Vležajenje polžev, a) stožčasti ležaj, b) valjčni in dvojni (tandem) stožčasti ležaj, c) stožčasti ležaj z drugačnim načinom

nastavljanja zračnosti od ležaja prikazanega pod a).

Dolžino vijačnice smo določili pri geometrijskem in trdnostnem izračunu polžnega para. Vendar pa je dejanska dolžina odvisna od izdelovalnega postopka. Tako mora biti dolžina brušene vijačnice nekoliko daljša od teoretično določene. Dolžina rezkane vijačnice pa mora biti spet nekoliko daljša zaradi potrebnega izteka brusa. Podatka za dolžino brušene in rezkane vijačnice sodita na konstrukcijsko risbo polža. Paziti moramo, da sta ti dolžini čim manjši, saj nam povečujeta čase izdelave (še posebej pri večjih serijah) in manjšata upogibno togost polža. Paziti je potrebno tudi pri brušenju tečajev (ležajnih sedežev) in pogonskega dela polža, ki morajo »teči« skupaj z vijačnico polža s čim manjšim opletom. Vse navadno brusimo na istih središčnih gnezdih, nekoliko se lahko zaplete pri nasadnem polžu (votli


111

vstopni del gredi polža), ko tak način ni več mogoč. V tem primeru vpenjamo polž s štiri čeljustno vpenjalno glavo in lineto ter tako brusimo luknjo.

Polži se izdelujejo iz valjanih okroglih palic, šele pri večjih dimenzijah polže kujemo. Polži so lahko izdelani z gredjo iz enega kosa (sl. 9.18 a) ali pa so z njo povezani z moznikom (sl. 9.18 b). Glede na to, da ima polž mnogo večjo vrtilno hitrost in mnogo pogosteje ubira kot polžnik, za njegovo izvedbo izbiramo materiale večjih trdnosti, da ne bi prišlo do hitre obrabe. Za počasna polžna gonila nizkih in srednjih obremenitev izberemo jeklo s srednjo vrednostjo ogljika. V tem primeru najpogosteje uporabljamo jekla za poboljšanje - C55, 42CrMo4 in 18CrNiMo7.

a

b

Slika 9.18 Izvedbe polžev, a) polž in gred iz enega kosa, b) polž nasajen na gred

Za gonila večjih moči uporabljamo cementirane ali plamensko kaljene polže, brušene in polirane, katerih trdota je od 52 do 65 HRC. V poštev prihajajo naslednje vrste jekla: 20Cr4, 16MnCr5 in 20MnCr5 (jekla za cementiranje); C55, 42CrMo4 (jekla za plamensko kaljenje in kaljenje s potapljanjem). Materiali polža in polžnika so dani v preglednici 9.4 . Premer gredi polža določamo na osnovi oblikovne trdnosti.

9.2.4 Oblikovanje polžnika in izbira gradiv Za majhne obremenitve in majhne obodne hitrosti (do 2 m/s), se pri intermitenčnih pogonih za polžnike lahko uporabi perlitna siva litina. Za majhne obremenitve lahko uporabimo kositrov bron (8% Sn), za srednje obremenitve uporabljamo kositrov bron z 12% Sn litega v pesku in centrifugiranega, za še večje obremenitve pa 14% kositrov bron lit v pesku ali centrifugiran. Kositrovi broni imajo lomno natezno trdnost do 400 N/mm2 in zelo dobre drsne lastnosti. Kositrovim bronom dodajamo še nikelj (CuSn12Ni), ki jim poveča trdnost. V novejšem času se kositrovi broni (zaradi visoke cene kositra) delno nadomeščajo z aluminijastimi broni litimi v pesku ali kovanimi, katerih natezne trdnosti znašajo od 400 do 500 N/mm2, s specifičnim raztezkom δ5 = 15 do 18%. Za visoko obremenjene polžnike v kombinaciji s cementiranimi, kaljenimi in brušenimi polži, uporabljamo centrifugalno lite ali kovane aluminijske brone z dodatkom mangana, niklja in železa. Odlikujejo se z veliko lomno trdnostjo (550 do 700 N/mm2) in velikim specifičnim raztezkom (20 do 25%) in nižjo ceno, imajo pa slabše drsne


112

lastnoti in nižjo trajno dinamično upogibno trdnost. Razen omenjenega, uporabljamo za polžnike cinkove legure, magnezijeve legure in plastične mase. Če dovoljuje konstrukcija, pesto polžnika izdelamo iz jekla, sive litine ali jeklene litine, samo venec z zobmi pa je iz dragih legur barvnih kovin. Nekatere možnosti spajanja vencev polžnikov izdelanih iz barvnih kovin s kovinskimi pesti so prikazane na sl. 9.24 . Zaradi nižjih vrednosti trajne dinamične upogibne trdnosti aluminijevih bronov, so njihovi venci za isto moč širši od kositrovih bronov, sl. 9.24 . Na sl. 9.25 je prikazan polžnik iz sive litine, manjše dimenzije, na sl. 9.20 pa polžnik ulit iz enega kosa z različno oblikovanimi ročicami.

Slika 9.19 Primer zavarjenih ležajnih mest polžnika in varjenih polžnikov


113

Preglednica 9.4 Materiali za polžne dvojice Zap. št.

Material za polžast zobnik

2,0σ [N/mm2]

Mσ [N/mm2]

HB 5δ [%]

E [N/mm2]

ZE [ 2N/mm ]

)1(limHσ [N/mm2]

)2(limU [N/mm2]

Opomba

1. P. Cu Sn 12 140 260 80 12 88300 147 265 115 2. C. Cu Sn 12 150 280 95 5 88300 147 425 190 3. P. Cu Sn 12 Ni 160 280 90 14 98100 152,2 310 140 4. C. Cu Sn 12 Ni 180 300 100 8 98100 152,2 520 225 5. P. Cu Sn 10 Zn 130 260 75 15 98100 152,2 350 165 6. C. Cu Sn 10 Zn 150 270 85 7 98100 152,2 430 190 7. C. Cu Sn 14 200 300 115 4 92700 150 370 180 8. P. Cu Zn 25 Al 5 450 750 180 8 107900 157,4 500 565

9. C. Cu Zn 25 Al 5 480 750 190 5 107900 157,4 550 605

Dvojenja:

Polž: jeklo za cementiranje polžnik 1 ... 14 Polž: jeklo za poboljšanje ali navadno konstrukcijsko jeklo - polžnik 1 … 7 in 13,14

10. P. Cu Al 11 Ni 320 680 170 5 122600 163,9 250 402 11. C. Cu Al 11Ni 400 750 185 5 122600 163,9 265 502 za male hitrosti in mazanje:

miner. olja 12. C. Cu Al 10 Ni 300 700 160 13 122600 164 660 377 13. SL 25 120 300 250 98100 152,3 350 150 14. NL 70 500 790 260 5,5 175000 182 490 628

(1) Velja za dvojenje s cementiranim in brušenim polžem HRC 60 ± 2, za dvojenje s poboljšanim polžem (nebrušenim) je potrebno vrednost

če je polž iz SL ZE po enačbi

limHσ pomnožiti z 0,75. (2) Velja za °= 200α za °= 250α - vrednost pomnožimo z 1,2,

pri izmenični obremenitvi vrednost pomnožimo z 0,7, pri kratkotrajni sunkoviti obremenitvi (do 15 s) vrednost pomnožimo z 2,5.


a b

Slika 9.20 Oblikovanja ležajnih mest polžnikov izvedba A

izvedba B

izvedba C izvedba Č izvedba D izvedba E

Slika 9.21 Oblikovanje zveze pesta in venca polžnika

9.21Na sl. so prikazane različne možnosti spajanja litega pesta, najpogosteje iz sive litine, in

venca polžnika, izdelanega iz gradiv ustreznih za izdelavo polžnikov. Izvedba A prikazuje

114


spajanje venca in pesta z vijaki. Izvedba B kaže spajanje s pomočjo krčnega spoja in varovanje z vijaki. Izvedba C pa prikazuje spoj podoben bajonetni zapori. Izvedba D prav tako prikazuje spoj z vijaki brez prekrivanja, izvedba E pa toplo navlečen spoj z naslonom. Izvedba A in D prikazuje skupaj možnost vležajenja in oblikovanja ležajnih mest.

Slika 9.22 Možnosti povezovanje pesta in venca polžnika

Slika 9.23 Različne možnosti vležajenja in nastavljanja srednjega položaja polžnikov

9.23 in 9.20 Sliki prikazujeta nadaljnje možnosti vležajenja in oblikovanja ležajnih mest polžnika. Slika 9.19 kaže različne možnosti oblikovanja varjenega pesta polžnika, različne možnosti vležajenja in razne možnosti oblikovanja ležajnega mesta v varjeni izvedbi.

9.2.5 Oblikovanje izstopne gredi Kotna gonila imajo pred ostalimi to prednost, da je mogoče izstopno gred oblikovati mnogo svobodneje kot pri drugih gonilih. Polžna gonila običajno oblikujemo simetrično glede na srednjo ravnino polžnika. Premer polžnika je precej velik. S tem je omogočena velika različnost izstopne gredi in prilagodljivost posebnim zahtevam.

115


Slika 9.25 Polžnik iz litega železa

Slika 9.24 Polžnik iz brona in aluminijaste legure

Gred je lahko polna (DIN 748) ali votla (nasadna gonila). Polna gred je lahko obrnjena levo ali desno in seveda obojestransko (slika 4.4). Gred je lahko različnih oblik, kot so valjasta z utorom za moznik, gladka valjasta gred, ozobljena (najpogosteje po DIN 5480) ter stožčasta gladka ali z utorom za moznik. Prav tako so votle gredi nasadnih gonil različnih oblik. Dodatno je potrebno omeniti gladko votlo gred z enostranskim nastavkom za krčno spenjalno pušo. Ta zveza se uporablja vse pogosteje, saj omogoča enostavno in natančno povezavo gonila z gnanim strojem (slika 9.4). Izstopna gred mora zagotavljati povezavo s polžnikom (preko pesta ali direktno z zobatim vencem) in zanesljivo tesniti proti prodiranju prahu in vode v gonilo in proti iztekanju olja. Del gredi po katerem drsi osno radialno tesnilo mora biti trda in gladka in brez zavojnice, ki je posledica premikanja brusa med brušenjem v smeri osi. Hrapavost (Ra) naj znaša od 0,2 μm do 0,8 μm. Prav tako mora biti tesnilna površina primerno trda (45 HRC do 60 HRC), kar pa je odvisno od obodne hitrosti na mestu tesnenja. Uporabimo lahko navadno radialno tesnilo z eno tesnilno ustnico, tesnilo z dodatno proti prašno ustnico ali pa kar obe tesnili prvo za drugo. Kakšno tesnilo bomo uporabili, je odvisno tudi od položaja vgradnje gonila (zgoraj eno tesnilo, spodaj dve). Zaradi višjih temperatur bomo uporabili tesnila izdelane iz primernih materialov (FPM – fluorov kavčuk), ki vzdržijo temperature mazalnega medija do 160 °C. Pri uporabi maziv (sintetično olje) je potrebno paziti na primernost materiala tesnil, ki mora biti odporen na taka maziva. Upoštevati je potrebno vsa navodila proizvajalca tesnil. Konstrukcijo prilagodimo tudi načinu sestavljanja gonila in možnosti nastavljanja polžnika v središčno lego glede na polža - slika nošenja. Paziti moramo, da ležaja gredi polžnika nista preblizu skupaj. Zaradi delovanja osne sile na srednjem premeru polžnika, lahko pride do (pre)velikih radialnih obremenitev ležajev. Prevelika razdalja med ležaji pa pomeni preširoko gonilo. Razdalja med ležaji se običajno

116


giblje med polmerom in premerom polžnika. Kriterij razdalje med ležaji je lahko tudi velikost dodatne radialne obremenitve zaradi osne sile v primerjavi z radialno silo polžnika.

9.3 MONTAŽA POLŽNIH GONIL

Montaža polžnih gonil je v primerjavi z zobniškimi gonili zahtevnejša. Problemi se lahko pojavijo iz dveh razlogov. Oba sledita iz oblike polžnika, ki je običajno globoidne oblike. Tako je mogoča montaža polža in polžnika samo v radialni smeri glede na polžnik. Tudi polžev zaradi ležajnih naslonov običajno pri vgrajenem polžniku ne moremo vstaviti v smeri njegove osi. Druga posebnost je srednji položaj polža glede na polžnik. Pri oblikovanju polžnega gonila je potrebno oboje upoštevati. Zaradi odstopanj vseh delov od imenskih mer (tolerance), je potrebno omogočiti osno premikanje oziroma nastavljanje položaja polžnika. Polžnik lahko nastavljamo v sredino na več načinov. Najpogosteje to naredimo s podlaganjem distančnih ploščic (DIN 988) med ležaje in njihove naslone na gredi ali v ohišju. Položaje polžnikov pa lahko zagotovimo tudi s točnim nastavljanjem položaja z nastavnimi maticami, s katerimi hkrati nastavimo primerno zračnost ležajev. Pri montaži moramo zagotoviti, da je polžnik v sredini oziroma na pravem mestu. To lahko naredimo na več načinov. Pri nezahtevnih gonilih lahko vse elemente izdelamo dovolj natančno, da nastavljanje ni potrebno. Na drugi način lahko vse dele točno izmerimo in podložimo ležaje z ustrezno debelimi ploščicami, ki jih določimo računsko. Omenili bi dva kriterija s katerima ocenimo pravilni medsebojni položaj polža in polžnika: slika nošenja in bočna zračnost.

Slika 9.26 Motorno zobniško polžno gonilo Pri novejših gonilih se pojavljajo določene posebnosti in zateva vrstni red montaže. To so polževa gonila z enodelnim ohišjem z in brez pokrova. Pri gonilu s pokrovom se najprej vstavi polž z vležajenjem, nato pri pokrovu vstavimo polžnik, ga namestimo na polža in

117


skozenj potisnemo izstopno gred, nakar s strani vstavimo še ležaje, podložne ploščice, vskočnike in radialna tesnila izstopne gredi (slika 9.26 ).

Podobno lahko sestavimo tudi zobniško polževa gonila brez pokrova. Ohišje obrnemo tako, da je prostor za polž zgoraj, s strani polža vstavimo v ohišje polžnik. Nadaljevanje sestavljanja je enako kot pri enodelnem ohišju s pokrovom. Pri polžnem gonilu brez pokrova najprej vstavimo polžnik skozi odprtino s strani polža in skozenj potisnemo izstopno gred, nakar s strani vstavimo še ležaje, podložne ploščice, vskočnike in radialna tesnila izstopne gredi. Skozi isto odprtino sledi montaža ustrezno oblikovanega polža (iztek), ki je že lahko pritrjen na gred pogonskega motorja. Z motorjem hkrati zapremo in zatesnimo gonilo (slika9.27).

Slika 9.27 Motorno polžno gonilo brez pokrova

9.3.1 Slika nošenja Ena od metod ugotavljanja pravilne vgradnje polžnega para (pa tudi pravilne izdelave) je slika nošenja. Dotikalne črte, ki med obratovanjem potujejo od zunanjega premera polžnika proti korenu zoba, tvorijo dotikalno površino na polžniku. Povedano enostavno: slika nošenja je dejanski odtis dotikalne površine na bokih zob polžnika. Dotikalna površina pri novih polžnih parih ponavadi ni preko celotne širine boka zoba in ne poteka po celotni višini zoba. To je posledica napak pri izdelavi ohišja ter polža in polžnika, nenatančne montaže in deformacij pri obratovanju gonila.

Slika nošenja nam pokaže kako ubirata polž in polžnik, kako in kje se dotikajo boki zob polža in polžnika. Med utekanjem je za ozobje zelo pomembno, da se obremenitev prenaša preko konstantnega oljnega filma. Nujno je, da predpišemo položaj kontaktne površine - začetne slike nošenja - na polžniku. Vijačnica polža pri ubiranju s polžnikom na eni strani vstopa v medzobje na drugi strani pa iz njega izhaja. Ker želimo, da bi nastal med dotikalnimi površinami oljni film, se mora na vstopni strani ustvariti reža, ki omogoča dotok olja do nosilnih površin in nastanka oljnega filma. Zaradi tega je potrebno začetno dotikalno površino nekoliko premakniti v smeri izhajanja polža iz polžnika. To najlaže dosežemo z različnima kotoma vzpona pri polžu in

118


poševnosti pri polžniku (slika 9.28). Na njeni osnovi popravimo nastavljanje polžnika v smeri njegove osi (slika). Pravilna slika nošenja je nekoliko premaknjena iz sredine v smeri vrtenja polža. Kot vzpona mora biti na polžu nekoliko manjši. Tak način nam zagotavlja nastanek oljnega filma pri vrtenju polža v obeh smereh.

vstopna stran

izstopnastran

olje

Prerez A-B

slika nošenja

zob polž. zobnika

polž

zob polž. zobnika

Slika 9.28 Nastanek oljnega filma in slika nošenja

polžnik je preveč v desno, potreben premik v levo puščice

polžnik je na pravem mestu

polžnik je preveč v levo, potrebne premik v levo puščice

Slika 9.29 Popravljanje slike nošenja

Praktično jo lahko ugotovimo s tuširanjem polža in vrtenjem gonila pri mali obremenitvi. Na zobeh polžnika je mogoče videti »odtis« zob polža na osnovi katerega sklepamo na ustreznost izdelave in montaže. Sliko nošenja je smiselno ugotavljati takoj po montaži oziroma na začetku utekanja. Po potrebi opravimo nastavljanje osnega (aksialnega) položaja polžnika ter na ta način zagotovimo pravilno nošenje bočnih ploskev in daljšo življenjsko dobo. V kolikor je slika nošenja preveč pomaknjena v levo je potrebno polžnik premakniti v levo in obratno (slika 9.29 ). Iz slike nošenja lahko ugotovimo še druge napake na polžnem paru. Kadar je polž premajhen(premer) je slika nošenja zelo ozka in blizu sredine, če pa je polž prevelik, lahko

119


ugotovimo, da se je slika nošenja razdelila na dva dela, ki sta blizu roba polžnika. Če je slika premaknjena na rob in je zelo ozka, je pri pravilnem (srednjem) položaju polža to lahko znamenje prevelike razlike kota vzpona polža in kota poševnosti polžnika. Naštete napake so lahko posledica napačnih nastavitev strojev pri izdelavi polža in polžnika ali pa prevelikega izbrušenja orodja (z vsakim ostrenjem se zmanjša njegov premer - potrebno je novo orodje!).Slika nošenja se lahko razlikuje tudi od zoba do zoba (slika 9.30 ). Zato je dobro, da sliko nošenja preverjamo na več mestih enakomerno razporejenih po obsegu polžnika (npr.: 3x120°).

Slika 9.30 Različna slika nošenja od zoba do zoba

Če ima ozobje polžnika večji bočni oplet, kar je lahko posledica neprimernega tehnološkega postopka pri izdelavi polžnika (zobati venec polžnika in gred polžnika sta izdelana vsak posebej, mogoče je tudi neustrezno vpenjanje gredi s polžnikom pri rezkanju ozobja in izdelavi ležajnih sedežev), se lahko slika nošenja od zoba do zoba premika z leve na desno in nazaj. V teh primerih je zelo težko kaj popraviti (izmet), napako pa običajno opazimo že pri kontroli polžnika z etalonskim polžem (veliko spreminjanje medosja). Na sliko nošenja vpliva pravilna kotnost med gredjo polža in polžnika. V tem primeru je kljub srednji legi polžnika slika nošenja izrazito enostranska. Z osnim premikom polžnika lahko nekaj popravimo, večji premik pa lahko povzroči zatikanje, saj prične drseti nasprotni zobni bok polža po polžniku na mestu, kjer bi sicer morala biti zračnost. Dopustno odstopanje kota med osema je odvisno od zahtevnosti pogona, za industrijska gonila naj ne presega 10'. V nasprotju z nekaterimi drugimi vrstami zobnikov, na stik (sliko nošenja) polžnega para vpliva medosni razmik. Povečan medosni razmik premakne začetni kontakt na polžniku proti izstopni strani. To še posebej velja za majhna prestavna razmerja oziroma velike kote vzpona (tri in več stopenjski polževi pari) ter zanemarljivo malo za velika prestavna razmerja oziroma male kote vzpona (enostopenjski polži). Pri večvojnih polžih in polžnikih lahko pride do večjih napak pri delitvi. Na sliki nošenja se to odraža tako, da se iste napake periodično ponavljajo vsakih toliko zob, kolikor je število zob polža. Zato moramo pri večvojnih polžih kontrolirati sliko nošenja pri več zobeh drug za drugim.

120


Neustrezna slika nošenja nam pove, da ubirajo - se dotikajo napačni deli ozobja. Velikost dotikalne površine je premala. Ploščinski tlaki so preveliki in pride lahko do prekinjanja oljnega filma. Posledice so: slabši izkoristek, večje lokalno segrevanje ter obraba polžnika in polža pri utekanju, posledično pa tudi kasneje. Če pri tem gonil niti ne utekamo in jih takoj obremenjujemo z imensko obremenitvijo, lahko pride do trajnih poškodb gonila (popuščanje polža – trdota pade, velika obraba, hrup, deformacije ali pa celo lom zob). Tako gonilo potem lahko samo še zavržemo. Slika nošenja gonila, se med normalnim obratovanjem razširi. Po daljšem času obratovanja slike nošenja nima smisla več kontrolirati, saj zavzema vso širino in višino zoba (slika 9.31 ). Kadar se ta proces odvija normalno z delovanjem gonila, pravimo, da sta se polž in polžnik dobro »ulegla«. Pojavlja se normalna obraba gonila, pri ubiranju pa sodeluje praktično vsa bočna površina zob polžnika.

Slika 9.31 Slika nošenja dalj časa delujočega gonila (obraba) Velikosti odstopanj pri nepravilnem položaju polžnika lahko znašajo do vrednosti modula, pa se bi gonilo še vedno vrtelo. Natančnost nastavljanja položaja polžnika je pri visokih zahtevah (gonila z majhno zračnostjo) lahko tudi pod 0,025 vrednosti modula. Za podlaganje ležajev uporabljamo nastavne podložne ploščice po DIN 988. Najmanjša debelina teh ploščic je 0,1mm. Takšna natančnost je potrebna do modula okoli 2mm, pri večjih modulih nastavljamo na primerno manjšo natančnost (več kot 0,1 mm). Kadar kupujemo gonila pri proizvajalcih gonil, se moramo držati njihovih navodil. Takim gonilom ni potrebno nastavljati položaja polžnika saj je bil pravilno nastavljen pri proizvajalcu. Polževa gonila so običajno konstruirana tako, da lahko kontroliramo sliko nošenja pri začetnem obratovanju ali spremljamo obrabo polžnika in drugo dogajanje v gonilu. V ta namen se uporabljajo različna okenca in pokrovi. Pri novejših gonilih je zato uporaben pokrov, ki je namenjen sestavljanju gonila.

121


9.3.2 Bočna zračnost V srednjem položaju polžnika je bočna zračnost največja. To dejstvo lahko izkoristimo tako, da iščemo srednjo lego s premikanjem polžnika in merimo bočno zračnost. Računsko določimo bočno zračnost, ki naj bi jo imelo gonilo, po podatkih na risbah. Bočno zračnost lahko merimo z merilno uro, ki jo postavimo na ohišje polžnega gonila in s tipalom tipamo bok zoba polžnika. Pri tem polža držimo v mirovanju, izstopno gred pa zavrtimo kolikor pač dopušča polž. Med nastavljanjem polžnika polža na smemo vrteti. Pomanjkljivost postopka je, da je sprememba bočne zračnosti, pri premikanju polžnika, najmanjša ravno v srednji legi. Kljub temu se s to metodo da zadovoljivo določiti srednji položaj polža. Metoda je hitrejša od kontrole slike nošenja in ustreza za industrijska gonila. Kadar so potrebne večje natančnosti, bomo pravilen položaj poiskali po tej metodi, preverili pa še s sliko nošenja. Več o bočni zračnosti v poglavju 9.4.2 .

9.3.3 Utekanje Utekanje je obratovanje pri ugodnejših pogojih, kot je to predvideno pri običajnem delovanju gonila. Pri utekanju navadno zmanjšamo vrtilni moment, lahko pa utekavamo tudi pri manjših vrtilnih hitrostih. To je včasih zelo težko zagotoviti, je pa potrebno na to že misliti takrat, ko smo se odločili, da bomo na našem stroju uporabili polžno gonilo. Izkušnje testiranj kažejo, da je trenje v začetku obratovanja tudi do 20% večje, kot je trenje po utekanju. Zaradi tega so termične obremenitve pri novem gonilu večje, kot so predvidene z izračuni, kar lahko pri polnih obremenitvah povzroči trajne poškodbe na polžniku in polžu, ki lahko bistveno zmanjšajo življenjsko dobo gonila in povečajo porabo energije. Dobro utečeno gonilo ima dober izkoristek, tih tek in dolgo življenjsko dobo. Pri delovanju polžnega gonila je največjega pomena, da sta polž in polžnik v pravem položaju drug proti drugemu. To zagotavlja najmanjše mogoče tlake med zobmi v ubiru. Tako še pred utekanjem ali med njim kontroliramo sliko nošenja in po potrebi tudi nastavimo osni položaj polžnika. Med delovanjem gonila polž in polžnik v glavnem drsita drug po drugem. Zaradi tega je zelo pomembno v kakšnem stanju sta obe površini, ki se dotikata. Obe površini imata določeni hrapavosti, ki imata velik vpliv na drsne razmere in dejanski tlak med dotikalnima površinama. Na novo obdelane površine so lahko zelo dobro in kvalitetno izdelane, kljub temu so vrhovi hrapavosti ostri. Zato je potrebno nekaj časa, da se te površine zgladijo in se utrdi površina polžnika. Če je obremenitev gonila že od samega začetka enaka imenski, lahko ti ostri robovi poškodujejo površine s katerimi ubirajo. To ima za posledico večjo obrabo in slabši izkoristek. Obraba se stopnjuje še posebej, če je bil poškodovan polž. Z utekanjem dosežemo dvoje: ostri vrhovi otopijo, polž in polžnik pa se bolje prilagodita drug drugemu. Če je le mogoče utekamo pri delnih obremenitvah (20%-60%) in obremenitev postopoma večamo do polne obremenitve.. Čas trajanja takega utekanja naj bo vsaj 10 ur sicer o utekanju sploh ne moremo govoriti. Čas utekanja navzgor ni omejen, vendar običajno ni daljši od 100 ur. Če gonila ne moremo utekati pri delni obremenitvi, običajno mazivu dodajamo dodatke, ki pomagajo ustvarjati oljni film in odnašajo delce, ki se odtrgajo s polža, polžnika in drugih delov gonila.. Pri »utekanju« pod polno obremenitvijo dodajamo v olje 1 do 2% grafita ali molibden disulfida. Včasih utekamo s hipoidnim oljem. Prvo polnitev olja puščamo v ohišju samo 200 do 500 ur Po utekanju se olje izpusti, ohišje očisti (opere) in nalije novo olje. Po končanem utekanju več ne spreminjamo položaja polžnika. Kljub temu pa je dobrodošla kontrola slike nošenja. V primeru, ko se je pojavila zelo velika obraba ali zelo slaba slika nošenja, je mogoče polžnik obrniti za 180°. Obračanje polžnika je smiselno, kadar se gonilo vrti vedno v isti smeri. S tem dosežemo, da ubirajo nasprotni boki zob na polžniku. Obračanje

122


je mogoče samo pri simetričnem polžniku ali simetrični izstopni gredi (simetrična skupaj s polžnikom). Prvič obrnemo samo polžnik, v drugem primeru pa polžnik skupaj z gredjo. Obračanje polžnika je smiselno samo pri zelo malo obrabljenem polžu, pri bolj obrabljenem polžu z obračanjem polžnika ne dosežemo nobenega izboljšanja.

123

Mazanje polžnih gonil

124

10 MAZANJE POLŽNIH GONIL Na začetku poglavja so opisane osnove o režimih mazanja, ter vrstah in fizikalnih lastnostih mazalnega sredstva. V nadaljevanju so zajeti vplivi, ki v največji meri odločajo o izbiri mazalnega sredstva in načinu mazanja polžnih dvojic.

10.1 UVOD

Seveda nič ne koristi, če smo zadevo dobro konstruirali, pravilno kontrolirali in zadovoljno ugotovili, da smo naredili dober izdelek, če ne znamo izbrati pravilnega načina mazanja oziroma pravega olja in količine olja, če se odločimo za mazanje z oljem. Praksa kaže, da so prav omenjene odločitve lahko usodne za pravilno in dobro delovanje, ter posledično tudi za življenjsko dobo gonila. Kot vsemu dosedanjemu delu moramo tudi mazanju posvetiti enako pozornost in izbrati pravilno mazanje in parametre za dan primer. V vseh dokumentih mora biti jasno razloženo s čim namažemo, kdaj in kako menjamo mazalno sredstvo in kako gonilo vzdržujemo. Vedno velja enako načelo. V primeru, da se po določenih kriterijih odločimo za mazanje z oljem, potem iščemo tako rešitev, ki je najkakovostnejša in najcenejša. V tem primeru je to mazanje v oljni kopeli. Šele pozneje, ko v nobenem primeru ne moremo vseh problemov rešiti s tem poceni načinom, iščemo bolj kompleksne rešitve. Najbolj kompleksen način mazanja je zagotovo tlačno mazanje s celotnim sistemom (črpalka, hladilnik, čistilec olja,…). Zavedati se je potrebno, da ima tudi takšen način svoje hibe. Če karkoli od mazalnega sistema odpove, gonilo ne bo delovalo. To je še en vzrok več, da je potrebno o izbiri načina mazanja dobro premisliti in sprejeti dobro in učinkovito odločitev.

10.2 REŽIMI MAZANJA

Razmere v mazanem kontaktu dveh teles je prvi teoretično opisal Stribeck. Stribeck je ugotovil vpliv dinamične viskoznosti mazalnega sredstva η, normalne obremenitve FN in drsne hitrosti v na koeficient trenja μ v kontaktu (slika 10.1 ).

Ι .

ΙI ..

.. MEJNO MAZANJE h→0

. MEŠANO MAZANJE h≈Ra

III... HIDRODINAMIČNO MAZANJE h>>Ra

površinska hrapavost Ra

telo 1

mazivo

telo 2

FN hitrost ν

Koe

ficie

nt tr

enja

μ

reža h

I II III

v/FN η

Slika 10.1 Stribeckova krivulja in režimi mazanja


125

Na podlagi svojih ugotovitev je Stribeck ločil tri osnovne režimi mazanja dveh teles: • mejno mazanje (področje I) Za mejno mazanje je značilno, da je debelina mazalnega sredstva h premajhna, da bi preprečila mehanski dotik trdih teles. Obremenitev se v tem primeru prenaša iz enega na drugo telo v glavnem preko izpostavljenih vršičkov na dotikalnih površinah. • mešano mazanje (področje II) Mešano mazanje je prehodna oblika med mejnim mazanjem in mazanjem s polno plastjo maziva. Gre za pojav, ko je mazalno sredstvo neenakomerno porazdeljeno med mazanima površinama, tako da je na določenih mestih prisoten mehanski dotik obremenjenih površin. Obremenitev se iz enega na drugo telo prenaša deloma preko maziva in deloma preko mehanskega dotika obeh teles. • hidrodinamično mazanje (področje III) (mazanje s polno plastjo maziva) V primeru, ko se telesi v kontaktu popolnoma razdvoji s plastjo maziva, govorimo o mazanju s polno plastjo maziva. Takšno mazanje je poznano pod imenom hidrodinamično mazanje. Za mehanske sisteme, kjer se uporablja hidrodinamično mazanje, so značilne naslednje tribološke lastnosti:

- mazane površine so ločene z nepretrgano plastjo maziva, ki je take debeline, da ne pride do neposrednega kontakta površin, razen pri zagonu in zaustavljanju;

- obremenitev se prenaša iz ene na drugo površino preko plasti maziva; - odpor proti gibanju v sistemu je odvisen od notranjega trenja v mazivu.

Omenjene karakteristike hidrodinamičnega mazanja so posledice tlaka v mazivu, ki je odvisen od lastnosti maziva, določene geometrije (oljni klin) in relativnega gibanja površin obremenjenih z dovolj veliko silo (slika 10.2).

x y

z

FN

FT, vt

nagibna blazina

porazdelitev tlaka vlečna blazina

vstop maziva izstop maziva hmin

hmax

Slika 10.2 Princip hidrodinamičnega mazanja

Teoretično razlago pojava je dal leta 1886 O. Reynolds, ki je za izhodišče vzel Navier-Stokesove enačbe za gibanje tekočin. Klasična Reynoldsova hidrodinamična teorija temelji na predpostavki, da ima mazalno sredstvo v področju kontakta konstantno viskoznost in da so površine v kontaktu popolnoma gladke in toge (neelastične). V praksi pa imamo mnogokrat primere (zobniki, ležaji, kolesa,…), ko se celotna obremenitev prenaša preko relativno majhnih a končnih površin in ne preko velikih, kot je to značilno za hidrodinamično mazanje. Majhna kontaktna površina povzroči velike lokalne obremenitve, ki povzročijo elastično deformacijo površinskih plasti materiala in spremembo geometrije površine kontakta. Za te pogoje velja Hertzova teorija kontakta, ki omogoča določitev velikosti in porazdelitve tlaka v kontaktnem področju. V klasični hidrodinamični teoriji prav tako niso upoštevane spremembe lastnosti olja


126

(viskoznost), ki nastanejo kot posledica velikih pritiskov in spremembe temperature v kontaktnem področju. Relacija viskoznost − tlak je popisana z enačbo, poznano tudi kot Barusov zakon:

p

p eαηη 0= (10.1) kjer je ηp viskoznost mazalnega sredstva pri trenutnem tlaku in temperaturi, ηo viskoznost pri atmosferskem tlaku in trenutni temperaturi, α tlačni koeficient viskoznosti in p tlak v kontaktu. Način mazanja, ki temelji na osnovi hidrodinamične teorije mazanja, vendar pri svojem izračunu upošteva še elastično deformacijo teles v kontaktu in spremembo lastnosti maziv − viskoznosti, zaradi spremembe tlaka v kontaktu imenujemo elastohidrodinamično (EHD) mazanje. V primerjavi s statičnim Hertzovim kontaktom je površinski tlak pri EHD mazanju predvsem zaradi elastične deformacije teles in spremembe viskoznosti mazalnega sredstva s tlakom nekoliko spremenjen (slika 10.3 ). Največje spremembe se zgodijo na vstopnem in izstopnem področju kontakta. V vstopnem področju je hidrodinamični tlak celo nižji od vrednosti izračunane za »suh« Hertzov kontakt. V srednjem delu − kontaktu sta nasproti ležeči površini skoraj vzporedni in ravni. Debelino mazalnega filma v področju podajamo kot centralno debelino filma ho.

EHD porazdelitev tlaka

tlačna konica

Hertzov tlak

a a

ho hmin

u2

u1

R*

x

x

vstopno področje

izhodno področje

ho…. debelina filma v vzporednem področju hmin ..minimalna debelina filma

FN

Slika 10.3 Pogoji pri EHD mazanem linijskem kontaktu

Hitremu dvigu viskoznosti maziva ob vstopu v kontakt sledi na izstopu iz kontakta strm padec (posledica Hertzove porazdelitve tlaka) do vrednosti, ki jo ima viskoznost pri pogojih okolice. Da se kompenzira nenaden padec viskoznosti maziva pri izstopu iz kontakta, pride blizu izstopa do elastične sprostitve površin v kontaktu oziroma do zožitve. Minimalna debelina filma hmin je zelo pomemben parameter, saj je z njeno velikostjo pogojena verjetnost dotika kovinskih vršičkov dveh površin v kontaktu. Da se zagotovi konstanten pretok skozi zožitev, se poveča hitrost, ki je posledica tlačne konice, ki se oblikuje tik pred zožitvijo (v delu, ko se mazalno sredstvo bliža najožjemu delu). Tlačna konica je ponavadi višja kot največji Hertzov tlak v kontaktu. Položaj in amplituda tlačne konice pa je močno odvisna od tlačno-viskoznih karakteristik maziva. Prisotnost tlačne konice v izstopnem področju EHD mazanega kontakta ima za posledico nastanek velikih strižnih napetosti tik pod oziroma na kontaktni površini.


127

10.3 VRSTA MAZALNEGA SREDSTVA

Pri projektiranju zobniških gonil igra pomembno vlogo tudi pravilna izbira mazalnega sredstva. Gonilo bo dosegalo dobre rezultate le v primeru, če bo mazalno sredstvo pravilno izbrano glede tipa gonila in obremenitve. V nasprotnem primeru se pojavijo nepravilnosti pri obratovanju, ki lahko v najslabši varianti privedejo do hujših poškodb sestavnih delov zobniškega gonila. Pri izbiri maziva za zobniška gonila so pomembne naslednje vplivne veličine: vrsta zobnikov, vrtilna hitrost, prestavno razmerje, delovna temperatura, prenosna moč, kvaliteta površine zobnih bokov, vrsta in velikost obremenitve, način mazanja, vrsta pogona (elektromotor, turbina, motor z notranjim izgorevanjem, itd), prisotnost vode. Na splošno se v strojegradnji uporablja različne vrste mazalnih sredstev, kar je odvisno od obratovalnih pogojev in procesa, ki se ga maže. Pregled različnih vrst mazalnega sredstva, ki se največ uporabljajo v praksi, prikazuje preglednica 10.1 .

Preglednica 10.1 Pregled možnih mazalnih sredstev

MAZALNO SREDSTVO Olja brez aditivov Mineralna olja Olja z aditivi Olja brez aditivov Sintetična olja Olja z aditivi Rastlinska olja Poliglikoli

MAZALNA OLJA

Biološko razgradljiva olja Sintetični estri Masti z mineralnim oljem kot tekoča faza Masti z milno plastjo Masti s sintetičnim oljem kot tekoča faza Masti z mineralnim oljem kot tekoča faza

MAZALNE MASTI

Masti brez milne plasti Masti s sintetičnim oljem kot tekoča faza

Suhi praški Paste Gladki laki TRDA MAZIVA

Plastika ADHEZIVNA

MAZIVA Razpršena adhezivna trda mazivaSmolnata maziva

EMULZIJE Olje v vodi Voda v olju

Voda Tekoče kovine Tekoča Kisline, baze OSTALA MAZIVA

Plinasta (zrak,…)


128

Za mazanje zobniških prenosnikov uporabljamo v glavnem tekoča mazalna sredstva - različne vrste olj. Za manjše zahteve glede stabilnosti olja in korozijske obstojnosti ter pri manjših obremenitvah in hitrostih so to mineralna olja, ki pa jih po potrebi tudi legiramo in s tem izboljšamo njihove lastnosti. Ti dodatki (angl. additive) mineralnim oljem so predvsem HD aditivi (preprečujejo oksidacijo olja in raztapljajo trde delce v olju) in EP aditivi (za visoke tlake). Zraven teh dodajamo mineralnim oljem še druga sredstva, npr. aditive za izboljšanje indeksa viskoznosti, za zaščito pred korozijo, aditive proti penjenju olja, itd. Celoten pregled lastnosti, na katera aditivi vplivajo, je prikazan v preglednici 10.2 .

Preglednica 10.2 Pregled lastnosti aditivov Lastnosti baznih olj, ki se z dodajanjem aditivov IZBOLJŠUJEJO

Lastnosti baznih olj, na katere aditivi delujejo NEGATIVNO

• odpornost na ekstremno visoke pritiske (EP), • karakteristika viskoznost − temperatura, • viskoznost (povečujejo), • oksidacijska stabilnost, • zaščita pred rjo in korozijo, • zaščita pred obrabo, • detergentnost, • disperzantnost, • zmanjševanje penjenja, • sposobnost tvorjenja emulzije z vodo, …

• toplotna prevodnost, • stisljivost, • termična stabilnost, • hlapljivost, • kristalizacija parafina, • odvajanje raztopljenega zraka,• topljivost plinov, • karakteristika viskoznost -

tlak, • barva, • dielektrične karakteristike, …

V primerih ko so prisotne visoke temperature in tlaki, mineralna olja več ne zagotavljajo ustreznega mazanja. V takih pogojih obratovanja uporabimo sintetična olja, ki se odlikujejo z odličnimi mazalnimi lastnostmi, predvsem pa so uporabna in obstojna pri temperaturah, ki so višje tudi od 150oC. V primerjavi z mineralnimi olji pa imajo sintetična olja še naslednje prednosti:

• večjo obstojnost glede staranja in s tem podaljšanje intervala zamenjave olja, • manjši stroški vzdrževanja, • prihranek energije zaradi večjega izkoristka, • daljša življenjska doba zobnikov in ostalih elementov • možnost uporabe pri zelo visokih temperaturah (do 150 °C in več) itd.

Slaba stran sintetičnih olj je ta, da so zelo draga, zato jih uporabljamo le v primerih, kjer

• ne moremo zadostiti zahtevam mazanja s klasičnimi mazivi, • to zahteva določena specifikacija, • je to opravičeno s stroški proizvodnje,

Vpliv mazalnega sredstva (olja) na razmere v kontaktu dveh zobnih bokov je izražen v glavnem z viskoznostjo olja, predvsem pa s spremembo te viskoznosti s tlakom po enačbi 10.1 in temperaturo. Vpliv temperature na spremembo viskoznosti olja je izražen z indeksom viskoznosti IV. Čim večji je ta indeks, tem manj se viskoznost olja spreminja s temperaturo, tako da lahko olja z večjimi indeksi viskoznosti uporabljamo v širšem temperaturnem območju.


129

10.4 FIZIKALNE LASTNOSTI MAZALNIH SREDSTEV

10.4.1 Viskoznost Viskoznost je najvažnejša lastnost mazalnega sredstva (olja ali masti) za mazanje zobniškega gonila, ki je odvisna od vrste mazalnega sredstva, temperature in tlaka. Fizikalno je viskoznost označena kot notranji odpor proti tečenju fluida (mazalnega olja), ki ga ustvarijo strižne sile posameznih slojev v fluidu (mazalnem sredstvu). Razlikujemo:

• dinamično viskoznost • kinematično viskoznost Dinamična viskoznost η je definirana kot potrebna strižna napetost τ v tekočini (mazalnem sredstvu), da se sloj enotske debeline te tekočine giblje z neko strižno hitrostjo v (slika 10.4 ). Izračunamo jo po enačbi

[ ]Pa/s y/ddv

τ=η (10.2)

dy

dv

v

τh

Slika 10.4 Medsebojni pomik posameznih slojev maziva

Kinematično viskoznost ν je definirana kot razmerje dinamične viskoznosti mazalnega sredstva z njeno gostoto ρ:

ρη

=ν [m2/s]. (10.3)

Tako dinamična kot tudi kinematična viskoznost sta odvisni od temperature fluida in tlaka, kateremu je le-ta izpostavljen. V praksi se pri opisu karakteristike posameznega mazalnega sredstva v glavnem uporablja kinematična viskoznost, izmerjena pri temperaturi 40, 50 ali 100 °C. Temu ustrezno so potem označene pripadajoče kinematične viskoznosti maziva z ν40, ν50 ali ν100. Viskoznost maziva se spreminja s temperaturo in sicer pada z višanjem temperature (slika 10.5 a). Viskoznost maziva pa je odvisna tudi od tlaka in je tem večja, čim večji je tlak v mazivu (slika 10.5 b).


130

mineralno olje

sintetično olje

Temperatura

Vis

kozn

ost

Vis

kozn

ost [

mm

2 /s]

100

102

104

106

0 200 400 600 800 1000

Tlak [N/mm2]

100 °C 38 °C

0 °C

210 °C

Opomba: Diagram velja za mineralna olja

a) b)

Slika 10.5 Odvisnost viskoznosti od temperature (a) in tlaka (b)

Merilo za odvisnost viskoznosti od tlaka je tlačni koeficient viskoznosti α, ki je odvisen od vrste mazalnega sredstva (mineralno, sintetično) in se določi eksperimentalno ali pa s pomočjo orientacijskih enačb podanih v strokovni literaturi. Orientacijske vrednosti tega koeficienta za nekatera olja kaže diagram na sliki 10.6 .

MINERALNA OLJA: ν40=500 [mm2/s] ν40=100 [mm2/s] ν40=30 [mm2/s]

SINTETIČNO OLJE: ν40=240 [mm2/s]

20 30 40 50 60 70 80 Temperatura ϑ [°C]

Tlačn

i koe

ficie

nt v

isko

znos

ti α

[1/b

ar]

0,0012

0,0014

0,0016

0,0018

0,0020

0,0022

0,0024

Slika 10.6 Tlačni koeficient viskoznosti

10.4.2 Indeks viskoznosti Indeks viskoznosti (IV) je merilo za spreminjanje viskoznosti maziva v odvisnosti od temperature. Čim večji je ta indeks, tem manj se viskoznost maziva spreminja s temperaturo, tako da lahko maziva z večjimi indeksi viskoznosti uporabljamo v širšem temperaturnem območju.


131

Pri določevanju indeksa viskoznosti velja dogovor, da se lestvica indeksa viskoznosti razdeli na 100 enot. Vrednost IV=0 pripada mazivom, katerih viskoznost je zelo občutljiva ne spremembo temperature. Vrednost IV=100 pa pripada mazivom, pri katerih se viskoznost s spremembo temperature zelo malo spreminja. a) Maziva z indeksom viskoznosti do 100

100⋅−−

=HLULIV (10.4)

U [mm2/s] kinematična viskoznost testnega maziva pri 40oC, ki mu je potrebno določiti

indeks viskoznosti, L [mm2/s] kinematična viskoznost nekega drugega maziva pri 40 oC, ki ima IV=0, njegova

kinematična viskoznost pri 100oC pa je enaka, kot jo ima mazivo, ki mu je potrebno določiti indeks viskoznosti,

H [mm2/s] kinematična viskoznost nekega drugega maziva pri 40 oC, ki ima IV=100, njegova

kinematična viskoznost pri 100oC pa je enaka, kot jo ima mazivo, ki mu je potrebno določiti indeks viskoznosti.

b) Maziva z indeksom viskoznosti 100 in več

( )

10000715,0

1logant+

−=

NIV (10.5)

YUH

Nlog

loglog −= (10.6)

Y [mm2/s] kinematična viskoznost testnega maziva pri 100oC, ki mu je potrebno določiti

indeks viskoznosti.

10.4.3 Gostota Gostota maziva ρ pomeni razmerje med maso maziva m in prostornino V, ki jo maziva zavzema.

Vm

=ρ [kg/m3]. (10.7)

Gostota maziva je odvisna od tlaka in temperature in je tem večja, čim večji je tlak oziroma čim nižja je temperatura.

10.4.4 Stabilnost maziva Od mazalnih sredstev se zahteva, da so odporna proti kemičnim in toplotnim vplivom. Zelo pogosto postanejo maziva neuporabna zaradi oksidacije. Oksidacijo pospešujejo različni parametri, izmed katerih so najpomembnejši naslednji: Temperatura je najbolj znan pospeševalec procesa oksidacije. Njen vpliv na oksidacijo lahko določimo kvantitativno. Ugotovljeno je bilo, da se hitrost oksidacije približno podvoji, če se temperatura poveča za 10oC.


132

Prisotnost kisika nastopa v dveh oblikah- kisik kot sestavni del ozračja ali raztopljen v mazivu. V obeh primerih kisik negativno vpliva na proces oksidacije. V praksi je razmeroma težko matematično opisati odvisnost oksidacije glede na količino kisika, kot je to dokaj natančno definirano v primeru temperature. Prisotnost vode se izraža preko vode v mazalnem sredstvu, pri čemer je voda lahko v tekočem stanju ali v obliki vodne pare. Prisotnost vode lahko ima zelo negativne posledice in sicer:

• v primeru dovolj visoke temperature lahko prisotnost vode povzroči raztapljanje ali izločanje nekaterih aditivov iz mineralnega olja,

• voda v obliki vodne pare lahko reagira na različne načine, ki so precej podobni hidrolizi,

• raztaplja produkte oksidacije, • pospešuje katalitično aktivnost nekaterih kovin in kovinskih soli.

Posledica oksidacije, obrabe, temperaturnih in kemičnih vplivov je staranje maziva. Zaradi staranja se bistveno spremeni viskoznost maziva, njegova posledica pa je tudi nastanek usedlin zaradi procesa obrabe. Odpornost proti staranju pride do izraza še posebej pri težjih obratovalnih pogojih. Ta se poveča, če se doda mazivu inhibitorje. To so posebne kemične substance, dodane v majhnih količinah, ki preprečujejo oksidacijo in podobne procese. Mazalna sredstva praviloma zamenjujemo v gonilih vsakih 6 do 12 mesecev (mineralna olja) pri sintetičnih oljih pa se menjava olja izvrši tudi na daljše obdobje. Pri večjih sistemih, kjer bi zamenjava vsakih 6 mesecev bila predraga, se po preteku tega časa kontrolira vzorec maziva. Zamenjava se izvrši, če kontrola pokaže, da mazivo ne zagotavlja več takšnih mazalnih lastnosti, kot bi jih moralo.

10.4.5 Ostale lastnosti mazalnih sredstev Med ostale pomembnejše lastnosti mazalnih sredstev štejemo še:

• plamenišče • gorišče • točka strjevanja • specifična toplota • topljivost plinov • korozijska obstojnost • penjenje olja

10.5 IZBIRA MAZALNEGA SREDSTVA

Pri izbiri mazalnega sredstva imata odločilno vlogo hitrost in potrebna viskoznost mazalnega sredstva. Paziti moramo, da mazalno sredstvo kemično ne vpliva na materiale tesnil, zato je potrebno poznati njegovo kemično sestavo oziroma se je o tem zelo priporočljivo posvetovati s proizvajalcem mazalnega sredstva. V preglednici 10.3 10.3 je prikazanih nekaj načinov izbire mazalnega sredstva in načina mazanja polžnih gonil glede na hitrost.


133

Preglednica 10.3 Izbira mazalnega sredstva in način mazanja

HITROST VRSTA IN NAČIN MAZANJA

v ≤ 0,8 m/s mast ali olje v ≤ 12 m/s oljna kopel v ≥ 0,8 m/s obtočno (tlačno) mazanje

Preglednica 10.4 Način mazanja v odvisnosti od mazalnega sredstva in položaja zobnikov

MAZALNO SREDSTVO POTOPLJEN OLJA MASTI

POLŽ v < 12 m/s - potopno v > 12 m/s - obtočno v < 4 m/s - potopno

POLŽNIK v < 8 m/s - potopno v > 8 m/s - obtočno v < 1 m/s - potopno

Ko izberemo vrsto mazalnega sredstva je potrebno določiti še njegovo viskoznost. Kadar je polž nameščen nad polžnikom, moramo uporabljati zelo viskozna mazalna sredstva, če želimo doseči primerno mazanje. Zobnik mora dvigniti mazalno sredstvo do ubirnih točk in le-to ne sme odteči iz zob polžnika preden pride mesto do ubiranja. Potrebno viskoznost olja lahko določimo s pomočjo koeficienta obremenitve c, izračunanega z enačbo 10.8 ali pa ga odčitamo iz diagrama na sliki 10.7 ali 10.8 , ki sta izdelana na podlagi preizkusov.

mbFc t

⋅⋅≈ 27.0 (10.8)

21

21 ma ddb −= (10.9)

c (N

/mm

2 )

1

2

3

4

1

2

34

8

6

4

2

0 1 2 3 4 5 6 7 8 hitrost drsenja vgm (m/s)

14

12

10mazan je s potapljanjem

mazan je obtočno

Slika 10.7 Vrednost c za kaljen brušen polž (materiali polžnika 1 – kositrov bron, 2-Al

legure, 3-Al legure iz pretopljenega aluminija, 4-Zn legure)


134

c (N

/mm

2 ) 1

23

41 2 34

8

6

4

2

0 1 2 3 4 5 6 7 8hitrost drsenja vgm (m/s)

mazanje s potapljanjem, temperatura olja 60-70°C (izjemoma tudi več) mazanje obtočno, olje hlajeno

Slika 10.8 Vrednost c za poboljšan rezkan polž

Diagrama na sliki 10.7 in 10.8 veljata za trajni pogon. Viskoznost olja lahko določimo tudi iz preglednice 10.5 s pomočjo koeficienta obremenitve c, ali v odvisnosti od obodne hitrosti (slika 10.9 ). Preglednica 10.5 Priporočena viskoznost olja v odvisnosti od drsne hitrosti in koeficienta obremenitve c

viskoznost olja ν50 [mm2/s] pri drsni hitrosti vgm [m/s] c [N/mm2] <2 2...6 6...10 10

< 3 90...150 60...90 40...60 30...45 3...10 150...230 90...150 60...90 40...60 >10 230...300 150...230 100...150 60...90


135

Slika 10.9 Določevanje viskoznosti v odvisnosti od obodne hitrosti

10.6 NAČINI MAZANJA POLŽNIH DVOJIC

Kriterij za izbiro načina mazanja je obodna hitrost. Ponavadi polžna gonila mažemo s potopnim mazanjem ali s tlačnim (obtočnim) mazanjem. Prednost dajemo potopnem načinu mazanja, saj najbolj preprost in hkrati najcenejši način mazanja. Za tlačni način mazanja polžnih dvojic, ki je dosti dražji, pa se odločimo v primeru, ko ne moremo več zagotoviti kvalitetnega mazanja s potopnim mazanjem.

10.6.1 Potopno mazanje Pri potopnem mazanju mora biti vsaj eden od zobnikov potopljen v mazalno sredstvo, ki je v spodnjem delu okrova. Potopljeni zobnik prinaša mazalno sredstvo na mazalno mesto. Pri dovolj velikih obodnih hitrostih se mazalno sredstvo tudi delno razprši po ohišju in tako maže tudi ostale nameščene zobnike in ležaje v prostoru. Pri tem pa moramo biti pazljivi, saj z večanjem obodne hitrosti zelo hitro narašča količina razpršenega mazalnega sredstva, kar ima lahko za posledico, da se mazalno sredstvo zaradi centrifugalne sile odlepi od bokov zob preden pride na ubirno mesto in ostanejo zobni boki na mestu ubira nemazani.


136

a) b)

c)

č)

Slika 10.10 Globina potapljanja pri potopnem mazanju polžnih gonil

Potopno mazanje ima naslednje prednosti:

• enostavnost, • gospodarnost, • zanesljivost.

Slabosti potopnega mazanja pa so:

• omejena možnost hlajenja, • težave s čiščenjem olja, • omejen volumen olja.

Pri potopnem mazanju se mazalno sredstvo obdrži na zobnih bokih kljub centrifugalni sili, če je izpolnjen pogoj:

22 600...500

2 smdm ≤⋅ω (10. 10)

ω - kotna hitrost zobnika

md - premer razdelnega kroga v sredini zobne širine Kadar ta pogoj ni izpolnjen (pri večjih kotnih hitrostih ali večjih premerih) se uporablja predvsem obtočno mazanje. Pri potopnem mazanju je zelo pomembno, da zagotovimo takšen nivo olja, da se zobnik v mazalno sredstvo ne potaplja preveč ali premalo. Prenizek nivo mazalnega sredstva povzroča:


137

• pomanjkljivo mazanje, • nezadosten odvod toplote, • povečano obrabo itd.

Previsok nivo mazalnega sredstva pa povzroča:

• večje izgube zaradi mešanja olja (dovoljene 0.75% /1kW pogonske moči), • segrevanje oljne kopeli (zmanjševanje viskoznosti), • hitrejše staranje olja (potrebna večkratna menjava olja), • penjenje na površini, • povečanje hrupa gonila itd.

Pri obratovanju zobniškega gonila se mazalno sredstvo sčasoma onesnaži, zato ga je potrebno po določenem času zamenjati. Za izpustitev olja mora imeti pokrov na najnižji točki čep za izpust olja. V zgornji legi pa mora imeti okrov čep za nalivanje olja in oddušnik, s katerim se prepreči nadtlak v okrovu. Okrov pa je ponavadi opremljen še z napravo, ki kaže nivo olja v okrovu. Količina skupnega polnjenja olja naj znaša:

17,035,0 PVp ⋅+≈ [dm3] (10.11)

1P - pogonska moč v [kW] Pri določanju potrebne količine olja, moramo paziti na potrebno globino potapljanja oziroma nivo olja v ohišju. Od globine potapljanja so odvisne izgube in tudi količina olja in tudi učinek hlajenja, zato je zelo pomembno, da določimo pravilno globino potapljanja polža ali polžnika. Globine potapljanja, ki se v praksi najpogosteje uporabljajo pri različnih namestitvah polža glede na polžev zobnik so podane v preglednici 10.6 .

Preglednica 10.6 Globina potapljanja v odvisnosti od namestitve polža POLOŽAJ POLŽA GLOBINA POTAPLJANJA

polž zgoraj polžnik potopljen do ≈ d2/4

polž spodaj polž potopljen do ≈ dml/2 (malo preko spodnjega roba gredi polža)

polž s strani polž potopljen do ≈ dml/2

10.6.2 Obtočno (tlačno) mazanje Tlačni način mazanja se uporablja v primeru velikih obodnih hitrosti (v ≥ 12 m/s) in velikih pogonskih moči. V teh primerih se proizvede večja količina toplote in je potrebno dodatno hlajenje. Pri tlačnem mazanju poganja olje oljna črpalka (zobniška, krilna ali batna). Olje se preko posebnih šob dovaja direktno na ubirna mesta. Značilnosti obtočnega mazanja so:

• višji izdelovalni stroški, • dražje vzdrževanje, • omogočeno je primerno doziranje na ubirno mesto, • manj izgubljenega olja in boljše hlajenje, • manjša obremenitev olja, • daljša življenjska doba gonila, • daljši interval zamenjave olja, • uporabnost pri obodnih hitrostih v = 10…250 m/s.


138

Pri tlačnem mazanju je pomembna količina olja, ki jo brizgamo na ubirno mesto. Ponavadi je potrebna večja količina olja zaradi hlajenja in ne zaradi mazanja. Premajhna količina olja povzroči segrevanje olja zaradi pomanjkljivega mazanja. Če pa je količina olja prevelika pride do gnetenja olja in tako ponovno do segrevanja olja. Potrebno količino olja določimo po aslednji izkustveni enačbi:

[dm /min], (10.12)

je širina zobnika v [mm].

aj bo nadtlak približno 1.8 bara, pri zelo velikih obodnih hitrostih (nad 50 m/s) pa 3.5 bara.

n

( ) 10do5 bVb ⋅≈ 3

b To količino olja pa lahko zmanjšamo z uporabo olja z EP - aditivi, sintetičnega olja, s korekcijo evolvente na vrhu zoba ali s spremembo položaja brizgalne šobe. Za tlak v tlačnem cevovodu velja, da naj bo v splošnem od 0.8 do 1 bara večji od tlaka okolice. Pri večjih obodnih hitrostih pa n1

A1

A2

B1

B2

C C

a) b)

c)

izganja olja pri tlačnem mazaSlika 10.11 Različni položaji br nju; a) tangencialno, b) radialno in c) preko mazalnih utorov

rabnost variante je odvisna d obodne hitrosti zobnika. Področje uporabe posameznih variant:

50 m/s v > 50 m/s varianta A1 in A2 (mazanje in pretežno hlajenje)

Elementi tlačnega sistema so ponavadi nameščeni zunaj gonila.

Pri majhnih obodnih hitrostih služi olje pretežno le za oblikovanje mazalnega filma (ima nalogo, da maže zobne boke). Pri večjih obodnih hitrostih (60 m/s in več), pa se 80% olja porabi za hlajenje in le 20% za mazanje zobnih bokov. Od tega je tudi odvisno ali vbrizgavamo olje pred ali za ubirnim mestom (slika 10.11 a). Upoo v < 25 m/s varianta A1 (mazanje) 25 m/s ≤ v ≤ varianti A1 in A2 (mazanje in hlajenje)


139

10.6.3 Elementi tlačnega mazanja

10.6.3.1 Oljni rezervoar Pri oljnem rezervoarju je najbolj pomembna količina olja, ki mora biti na voljo za obtočno mazanje. Potrebno količino olja lahko ocenimo tudi iz naslednje preglednice.

Preglednica 10.7 Potrebna količina olja VRSTA GONILA KOLIČINA OLJA Vol [dm3]

Industrijska gonila s posebnim oljnim rezervoarjem (4 do 5)⋅Qmax Turbo gonila s posebnim oljnim rezervoarjem (5 do 10)⋅Qmax Industrijska gonila z oljno kopeljo (0.5 do 2)⋅Qmax

Qmax [dm3/min] - maksimalni volumski pretok črpalke

Pri konstruiranju oljnih rezervoarjev moramo upoštevati naslednje napotke:

• volumen rezervoarja naj bo približno 20% večji od potrebne količine olja, • sesalna in povratna cev naj bosta čimbolj razmaknjeni, • olje naj se s pomočjo pregradnih pločevin vodi ob stenah (hlajenje), • rezervoar naj bo opremljen z oddušnikom, filtersko mrežico na polnilnem grlu,

merilno palico, termometrom, pipico za jemanje vzorca olja, čepi za nalivanje in izpust olja,

• dno rezervoarja naj bo nagnjeno in gladko (izpust mulja, usedlin), • na rezervoarju naj bo označena vrsta olja, • poskrbeti je potrebno za naravno hlajenje (zračenje).

10.6.3.2 Črpalka Običajno je v uporabi cenena zobniška črpalka, včasih pa tudi vijačna, krilna ali centrifugalna črpalka. Pogon črpalke je preko gredi gonila, lahko pa jo poganja poseben elektromotor. Volumski pretok zobniške črpalke izračunamo po enačbi:

pknbdmQ ⋅⋅⋅⋅⋅= 2 [volumen olja / časovno enoto], (10.13) m - modul zobnikov zobniške črpalke, d - premer razdelnega kroga zobnika črpalke, n - vrtilna hitrost zobnika črpalke,

pk - koeficient oblike zoba:

pk = 3.5...nekorigirano ozobje,

pk = 4.7...korigirano ozobje.

Slika 10.12 Vrste črpalk a) zobniška b)vijačna c)krilna d) centrifugalna


140

10.6.3.3 Brizgalne šobe Brizgalne šobe imajo premere od 1.5 mm do 4 mm. Izjemoma so lahko premeri šob tudi od 1 do 5 mm. Ob konstantni količini olja dobimo večjo hitrost curka pri manjšem premeru brizgalne šobe. Če ima šoba manjši premer od 1 mm prihaja pogosto do zamašitev, zato se teh premerov izogibamo. Pri velikih obodnih hitrostih (v > 100 m/s) je dobro uporabljati nizke tlake brizganja.

0 2 4 6 8 10 12

Nadtlak v šobi [bar]

3

2

1,5

1

0,5

10

20

30

40

50

0

Premer šobe [mm]

Kol

ičin

a br

izga

nja

[l/m

in]

Slika 10.13 Količina brizganja olja v odvisnosti od premera šobe in tlaka

Pri dimenzioniranju brizgalnih šob moramo upoštevati, da je efektivna širina curka manjša od teoretične. To še posebej velja pri večjih zobniških prenosih, ki jih mažemo z mazalnimi sredstvi večje viskoznosti.

Slika 10.14 Shematski prikaz curka brizganega olja a) efektivna širina curka b)porazdelitev

curka na zobnem boku

10.6.3.4 Oljni filter Oljni filter se vgradi v glavni tlačni vod črpalke, da preprečimo prihod raznih nečistoč na ubirno mesto, saj lahko le-te bistveno zmanjšajo kvaliteto mazanja zobniškega gonila. Iz praktičnih izkušenj se priporoča naslednja gostota filtrirne mrežice: industrijska gonila: do 100 μm, turbo gonila: do 50 μm, filtriranje oljne megle: do 20 μm.


141

10.6.3.5 Sistem za hlajenje olja Mazivo ima poleg naloge mazanja še nalogo odvajanja toplote iz ubirnega mesta. Pri tem pa se mazivo postopoma segreva tako dolgo, da doseže višjo temperaturo, kot je temperatura okolice, kar privede do izmenjave toplote med rezervoarjem in okolico. Segreto mazivo pa ni več sposobno privzeti zadostne toplote iz ubirnih mest, kar ima za posledico slabše hlajenje, poveča pa se tudi nevarnost oksidacije maziva. Višje temperature povzročijo tudi hitrejše staranje maziva, zmanjša se viskoznost, s tem pa tudi slabše mazanje. Optimalna delovna temperatura maziva je področju med 40 in 60°C. Pri normalnem segrevanju maziva se odvečna toplota normalno odvaja v okolico preko površine rezervoarja. Kadar pa imamo intenzivno segrevanje maziva (tudi pri povišani temperaturi okolice) je odvajanje toplote v okolico upočasnjeno in moramo mazivo prisilno hladiti. Prisilno hlajenje izvedemo s zračnimi ali vodnimi tokovi, ki jih dovajamo v sistem za hlajenje. Sistem hlajenja z zrakom se uporablja redko, saj ima omejeno možnost hlajenja. Pri tem hlajenju je spodnja meja temperature, do katere lahko ohladimo mazivo odvisna od temperature zraka. Prednost teh sistemov je vtem, da so poceni in enostavni (zrak je brezplačen in ga je v okolici v izobilju). Princip hlajenja z zrakom je prikazan na sliki 10.15 a. Mazivo, ki ga bomo ohlajali doteka v hladilnik na mesto A in potuje skozi snop cevi, ki so nameščene v ohišju hladilnika (1). Mazivo, ki smo ga že ohladili odteka skozi odvod B. Zrak prisilno transportiramo skozi ohišje hladilnika z ventilatorjem (3). Da bi bil izkoristek hlajenja čim boljši je ohišje hladilnika orebreno (2). Princip hlajenja, kjer kot hladilno sredstvo uporabljamo vodo je prikazan na sliki 10.15 b. Mazivo, ki ga bomo ohlajali doteka skozi odprtino A, prehaja skozi cevi z vodo, kjer voda prevzame del toplote maziva. Ohlajeno mazivo pa izteka skozi odprtino B v rezervoar.

Slika 10.15 Princip delovanja hladilnih sistemov a)zračno hlajenje b) vodno hlajenje

10.6.3.6 Sistem za segrevanje olja Kadar je temperatura okolice nizka ali pa je zahtevana točno določena viskoznost moramo mazivo pred uporabo segreti na delovno temperaturo. Za segrevanje pa uporabljamo parne ali pa električne grelce. Parni grelci so v bistvu izmenjevalci toplote, po konstrukciji podobni hladilnikom, le da mazivu toploto dodajajo. Cevi za segrevanje so speljane skozi oljni rezervoar, pri čemer


142

mazivo ne sme priti v kontakt s površino, katere temperatura je večja od 80oC, ker lahko pride v tem primeru do oksidacije maziva. Druga možnost je uporaba električnih grelcev, ki je povezana z večjimi stroški zaradi drage električne energije.

10.6.3.7 Prikaz celotnega sistema obtočnega mazanja Poleg opisanih elementov pa so v sistemu obtočnega mazanja še nekateri drugi elementi, ki so prikazani na sliki 10.16 .

Slika 10.16 Shematski prikaz celotnega sistema obtočnega mazanja (1) oljni rezervoar, (2) sesalni filter, (3) električni grelec, (4) merilec temperature, (5) kontrolnik

nivoja olja, (6) črpalka, (7) nepovratni ventil, (8) regulacijski ventil za del. tlak črpalke, (9) manometer, (10) ventil, (11) diferencialni manometer, (12) filter, (13) nepovratni ventil,

(14) hladilnik, (15) termometer, (16) ventil, (17) regulacijski ventil z električno kontrolo pretoka, (18) regulacijski ventil, (19) šoba konstantnega premera, (20) mazalno mesto, (21) cevovod, (22a) stikalo, ki kontrolira najnižji tlak v sistemu, (22b) stikalo, ki kontrolira najvišji tlak v sistemu, (23) povratni

cevovod

Sistem obtočnega mazanja na sliki 10.16 ima dve črpalki (6) (ena je delovna, druga pa rezervna), ki črpata olje iz rezervoarja (1) preko sesalnega filtra (2). V rezervoarju je električni grelec (3), ki pred vstopom olja v sistem le-to segreje na ustrezno delovno temperaturo; kontrolnik nivoja olja (5), ki daje informacije o trenutnem nivoju olja v rezervoarju in merilec temperature (4), ki je pokazatelj trenutne temperature olja v rezervoarju. Delovna ali rezervna črpalka potiska olje preko nepovratnega ventila (7) v glavni vod. Najvišji delovni tlak črpalke nastavimo s pomočjo regulacijskega ventila (8), ki ima obenem funkcijo varnostnega ventila, ta tlak pa kontroliramo na manometru (9). Takoj za črpalko so postavljeni elementi za čiščenje olja. Tod se odvisno od zahtev nahajata en ali dva filtra (12) z vgrajenima nepovratnima ventiloma (13), preko katerih se v primeru zasičenja filtrov olje dovaja na mazalna mesta. To registriramo in signaliziramo preko diferencialnega manometra (11), ki zaznava spremembo razlike tlakov pred in za filtrom. Usmeritev toka olja


143

proti enemu ali drugemu filtru se vrši preko ventila (10). Ker vrši olje poleg mazanja hkrati tudi funkcijo hlajenja, se njegova temperatura povečuje. Zato ga je potrebno hladiti, to dosežemo s hladilnikom (14). Temperaturo olja kontroliramo preko termometra (15), ki daje signal ventilu (16), preko katerega je v hladilnik dovedena potrebna količina hladilne vode. V nadaljnjem se olje dovede do mazalnih mest (20) preko cevovoda (21), šob konstantnega premera (19), regulacijskega ventila (18) ali regulacijskega ventila z električno kontrolo pretoka (17), kjer opravi svojo osnovno funkcijo mazanja in hlajenja in se nato s prostim padom preko povratnega cevovoda (23) vrača v rezervoar. Kontrola tlaka v sistemu se vrši preko dveh tlačnih stikal, ki sta vgrajeni v glavnem vodu. Stikalo (22a) kontrolira najnižji, stikalo (22b) pa najvišji tlak v sistemu.

10.6.4 Penjenje olja Pena v olju lahko povzroči prekinitev mazanja, povečano porabo olja, kot tudi večjo hitrost oksidacije. Pri srednje in hitro tekočih gonilih ni mogoče preprečiti določenega penjenja olja, še posebej ne pri potopnem mazanju. Gonila s tlačnim mazanjem so še posebej občutljiva na penjenje olja. Razlog je v tem, da zrak v olju povzroča mnogo težav pri regulacijskih ventilih s hidravličnim pogonom. Težave se pojavijo v obliki kavitacije, povečanih izgub črpalke itd. Da se prepreči vhod velikih količin zraka v olje, je potrebno dovod zraka v sam sistem zmanjšati na najmanjšo možno mero, hkrati pa omogočiti odvajanje zraka iz olja v rezervoarju. Bistveno je, da je gladina olja v rezervoarju mirna in brez turbulenc. Povratne cevi morajo ležati pod gladino olja. Zaradi preprečevanja penjenja se določenim oljem dodajajo posebni aditivi.

10.6.5 Nekaj preprostih praktičnih izvedb mazanja Za obtočno mazanje se odločimo samo v izjemnih primerih, ko gre za zelo kompleksne zadeve, ki zahtevajo varno in trajno obratovanje, ki prenašajo velike moči ob velikih hitrostih. Včasih pa lahko pomagajo enostavne praktične rešitve. Ena je zagotovo z dodatnim hlajenjem ohišja druga pa z notranjo brizgalko.

10.6.6 Zamenjava mazalnega sredstva V začetku obratovanja je obraba materiala večja. Zaradi tega je potrebno mazalno sredstvo po 200 do 600 urah zamenjati. Priporočeno je, da do prve menjave maziva gonila ne obremenjujemo z več kot 50 % največje obremenitve. Prav tako je priporočeno po prvi menjavi maziva reduktor izprati s pralnim oljem. Naslednjo menjavo maziva je potrebno vršiti pri mineralnih oljih po 1500 do 5000 obratovalnih urah, vendar najmanj vsakih 18 mesecev. Pri sintetičnih oljih pa so časi menjave 2 do 3 krat daljši. Pred vsako izbiro mazalnega sredstva in zamenjavo le-tega se je zelo dobro posvetovati s proizvajalcem mazalnega sredstva, saj bomo le tako izbrali najbolj kvalitetno in hkrati cenovno ugodno mazalno sredstvo, ki ga potrebujemo za mazanje zobniškega gonila.

Hrupnost polžnih gonil

144

11 HRUPNOST POLŽNIH GONIL V poglavju so povzete osnove hrupa na polžnih gonilih. Prikazani so izvori hrupa in vplivi izdelave polža in polžnika nanj. Določanje hrupa je zaradi primerljivosti med gonili in ponovljivosti meritev določen s standardi.

11.1 UVOD

Onesnaževanje okolja je v današnjem življenju vedno bolj prisotno. Zato je potrebno vse stroje, naprave in tudi gonila obravnavati z ekološke plati. Pri gonilih bi lahko omenili naslednje: recikliranje po zaključku življenjske dobe, onesnaževanje med obratovanjem (iztekanje olja pri menjavi), segrevanje (izkoristek) in hrup. Na vse to je potrebno misliti že pri načrtovanju strojev in naprav. Čeprav predpisi pri določenih veličinah niso dovolj zahtevni, je vseeno potrebno razmišljati nekoliko vnaprej, še posebej takrat, ko ne gre za velika finančna sredstva in se ponuja konkurenčna prednost. Že nekaj časa velja, da samo dobra in poceni tehniška rešitev ni več dovolj. Vedno bolj smo dolžni s svojimi izdelki upoštevati še zaščito človeka pred nenaravnimi viri. Eden izmed teh je hrup. To pomeni, da naše polžno gonilo mora ustrezati sodobnim standardom, moderne strojegranje. Vsak izdelek naj bo primeren področju uporabe, človeku prijazen in tak, da ne bo zahteval posebnih varovalnih pripomočkov za ljudi, ki delajo v okolju, kjer naš izdelek opravlja svojo funkcijo. Že na začetku je potrebno povzeti vse ustrezne ukrepe, da bo naš izdelek kakovosten in čimmanj hrupen. Obvladovanje hrupa ni tako enostavno kot se kaže v začetku. Zavedati se je potrebno, da bo naše gonilo delovalo v nekem postrojenju in vso to postrojenje lahko na koncu povzroča nezaželeno emisijo hrupa, ki se prenaša preko strukture, ponavadi ojača ter prenaša v okolico kot nezaželena motnja. Pri gradnji gonil je precej možnosti za obvladovanje hrupa na želenem nivoju.To je potrebno upoštevati že pri sami zasnovi, ko je gonilo že izdelano je malo možnosti za obvladovanje tega nezaželenega pojava. Slika 11.1 kaže polžno gonilo in vire nastanka hrupa, ki se po strukturi prenašajo preko sten ohišja (stene so kot membrane zvočnika) v okolico. Največ možnosti za zmanjšanje hrupa dajejo: ♦ izbira preverjenih materialov polžne dvojice, ♦ hrapavost polžne dvojice, ♦ ležaji (kroglični (prednapeti), drsni), ♦ izvedba gonila (prirobnična, nasadna z nogami), ♦ materiali ohišja in debelina, ♦ izvedba mazanja, ♦ namestitev in oblikovanje reber in ventilatorja S pravilnimi izbirami in njih odnosi lahko dokaj uspešno obvladujemo emisijo hrupa na nekem normalnem dovoljenem nivoju. Res pa je, da je hrup zadeva, ki nas bo marsikdaj presenetila.


145

11.2 SPLOŠNO

Hrup kot onesnaževanje je v našem življenju vedno bolj prisoten. Onesnaževanje zato, ker običajno deluje stresno na človeka, pri daljšem izpostavljanju hrupu pa škodljivo vpliva na sluh in živčni sistem. Mnogokrat je hrup zelo težko ločiti od zvoka, ki je človeku prijeten. Ljudje različno sprejemajo zvok. Hrup je v splošnem nezaželen, neprijeten zvok. Pri gonilih je zvok, ki se pojavlja, vse prej kot prijeten. Zato je potrebno uporabiti tako gonilo, ki s svojim delovanjem ne izstopa iz hrupa okolice. Izbira in izvedba gonila je v glavnem odvisna od področja uporabe (trgovine, bolnišnice, vozila, industrija) lahko pa tudi od razlogov in konkretnih zahtev naročnika. Za vsako področje veljajo različni predpisi, ki jih je potrebno izpolniti. Več pozornosti bomo namenili industrijskim gonilom. Za druga področja so osnove enake, le predpisi o načinu merjenja, vrednotenju rezultatov in dopustnih vrednostih so drugačne.

prenos hrupa z ohišjagonila na okolico

hrup ležajev polža

hrup zaradi prenosa gibanja nadelovni stroj in (delovnega stroja)

hrup zaradi delovanja EM

prenos hrupa na ohišje

prenos hrupa na ohišje

hrup zaradi ubiranja

hrup ležajev polžnika

hrup zaradi mazanja –pljuskanje in brizganjeolja

Slika 11.1 Izvori in prenos hrupa polžnega gonila

Hrup se v gonilih ustvarja predvsem na ubirnih mestih zob, ležajih, krilih ventilatorjev in pri pljuskanju olja (slika 11.1 ). Hrup se od izvora, kot nihanje materiala ohišja preko zunanjih sten ohišja, prenaša na okoliški zrak. Nihanje zraka potem zaznajo naša ušesa.

11.2.1 Zvočna moč PL Je moč izvora hrupa in je neodvisna od oddaljenosti izvora. Razen zvočnih tlakov na določenih mestih lahko določimo tudi zvočno moč celotnega gonila. Zvočna moč gonila zavzema zelo mali del celotne moči gonila. Zvočno moč lahko potem preračunamo v povprečni zvočni tlak ali jakost zvoka na točno določenih mestih, ki je odvisen od oddaljenosti izvora.

11.2.2 Zvočni tlak p Merilo intenzivnosti zvoka je zvočni tlak p. Zvočni tlak lahko določimo za posamezne frekvence ali skupno za določena območja frekvenc. S kvadratom razdalje od izvora hrupa se zvočni tlak manjša. Obstojajo različne korekcije, ki vrednotijo zvočni tlak po različnih kriterijih npr.: A, B in C, z namenom, da bi zvočni tlak prilagodili občutljivosti človeškega


146

ušesa. Temu primerni so tudi ustrezni indeksi pri veličinah in dodatki v oklepaju pri enotah. V nadaljevanju bomo več o korekciji A govorili v poglavju 12.2.4 o glasnosti.

11.2.3 Jakost zvoka J Je skozi površino, ki je pravokotna na širjenje zvoka, prehajajoča zvočna moč. Pri točkovnem izvoru zvoka je to površina kroglaste oblike, jakost na oddaljenosti R pa je količnik med zvočno močjo PL in površino krogle 4.Π.R2 – enačba 11.1. J je zvočnemu tlaku in hitrosti zvoka sorazmerna veličina (skalarni produkt), odvisna od oddaljenosti izvora.

24 RPJ L

⋅Π⋅= (W/m2) (11.1)

11.2.4 Glasnost L Glasnost, ki jo mi zaznavamo z ušesi je relativna veličina. Prilagojena je glede na mejo slišnosti z osnovno vrednostjo zvočnega tlaka po=2.10-5 N/m2. Izračunamo jo po enačbi 11.2. Enota je decibel (dB)

00

log10log20JJ

ppL ⋅=⋅= [dB] (11.2)

-54-50-46-42-38-34-30-26-22-18-14-10

-6-22

16 20 2531

,5 40 50 63 80 100

125

160

200

250

315

400

500

630

800

1000

1250

1600

2000

2500

3150

4000

5000

6300

8000

1000

012

500

1600

020

000

Frekvenca (Hz)

Kor

ekci

ja A

(dB

)

Korekturna krivulja A

Diagram 11.1 Korekcijski nivo hrupa po kriteriju A Iz enačbe 11.2 vidimo da je dB logaritmična enota in pomeni povečanje hrupa za približno 3dB dvakrat močnejši (večji) hrup. Hrup gonil je kakor vsak drug hrup sestavljen iz več (mnogo) tonov različnih frekvenc f. Zaradi različne občutljivosti človeškega ušesa na določene frekvence fizikalno velikost zvočnega tlaka pri različnih frekvencah ustrezno ovrednotimo – korigiramo. Korekcijski nivo (A) za posamezne frekvence je standardiziran po DIN 45635 in je prikazan v diagramu 11.1 , pri izračunu pa ga upoštevamo po enačbi 11.3. Enota dB(A) pomeni, da je določena vrednost že popravljena glede na človekovo zaznavanje po kriteriju (s filtrom) A. Poprečen človek sliši isto vrednost v dB(A) približno enako po vsem (slišnem) frekvenčnem območju (16 Hz do 20 kHz). ALLA −= [dB(A)] (11.3) Tako odštevanje ni ravno enostavno; to naredimo s pomočjo zvočnih spektrov.


147

11.2.5 Zvočni spekter Merilnik hrupa zaznava zvočni tlak (ali pa jakost zvoka) v določenem časovnem prostoru in zapisuje v spekter – koordinatni sistem vrednosti v dB, v frekvenčna področja različnih širin. Tako dobimo različne frekvenčne spektre npr.: ozkopasovni frekvenčni spekter (širina frekvenčnega pasu npr. 10Hz ali 1/12 oktave (frekvenčni pas širine fo/fu=1,06)), tercni frekvenčni spekter (širina frekvenčnega pasu fo/fu=1,26) in oktavni frekvenčni spekter, ki vsebuje tri terce (širina frekvenčnega pasu 2). Pri tem je širina frekvenčnega pasu razmerje med največjo in najmanjšo frekvenco posameznega območja.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

160

200

250

315

400

500

630

800

1000

1250

1600

2000

2500

3150

4000

Frekvenca [Hz]

Niv

o hr

upa

LW

[dB

]

širina frekv. pasu

fu

fm fo

Diagram 11.2 Primer dela tercnega spektra Na diagramu 11.2 vidimo del tercnega spektra. Korekcijo je potrebno upoštevati za vsak frekvenčni pas posebej. Glasnost dobimo z logaritmičnim seštevanjem hrupa posameznih frekvenčnih območij. Tako dobimo značilno (karakteristično) vrednost pri merjenju emisije hrupa: glasnost v dB(A). Pri merilnikih hrupa je tako seštevanje že upoštevano in jo lahko direktno odčitamo. Prav tako je običajno upoštevana korekcija A ali katera druga (B, C).

11.3 MERJENJE HRUPA

11.3.1 Določanje glasnosti s pomočjo zvočnega tlaka V standardu DIN 45635-1 in DIN 45635-23 je opisano kako izmerimo nivo zvočnega tlaka na določenem gonilu. Glasnost LA izmerimo na točno določenih točkah in rezultate preračunamo v vrednost nivoja hrupa LWA gonila. Pomagamo si s faktorjem velikosti površine gonila LS (glej poglavje 12.2.3 in enačbi 11.5 in 11.6). Kako je 9 merilnih točk razvrščenih v prostoru vidimo na sliki 11.2 . Ko je gonilo pritrjeno na za hrup primerno podlago, se hrup na spodnji ploskvi ne meri. Glasnost velja za točno določeno razdaljo d od zunanje površine gonila - idealiziranega kvadra, ki je očrtan gonilu, do merilnega kvadra. Ta razdalja d znaša običajno 1m. Kadar merimo hrup na mestu vgradnje je potrebno upoštevati še hrup okolice (drugih izvorov hrupa) in vpliv prostora (odmev). Določiti prave vrednosti z upoštevanjem teh vplivov je zelo zahtevno.


148

d

c c 2

d l 3

1

5

6

7

3

4

2 8

9

l1

2ad

2bd

dl 2

merilni kvader

idealizirani (gonilu očrtani) kvader

Slika 11.2 Razvrstitev merilnih točk (od 1 do 9) pri določanju glasnosti gonila

po DIN 54 635

11.3.2 Določanje glasnosti s pomočjo jakosti zvoka Posebno sondo z dvema mikrofonoma premikamo z roko okoli gonila. Sledimo obliki gonila v majhni razdalji (10 cm). Po predpisanem času (2 min) je jakost določena. Analizator naredi ozkopasovno, tercno ali oktavno frekvenčno analizo. Rezultate lahko pogledamo na ekranu osebnega računalnika ali natisnemo. Rezultati se ujemajo z meritvami po DIN 45635. Naprava je sicer dražja, je pa meritev hitrejša. Hkrati pa je zaradi majhne razdalje merjenja (10 cm) na enostaven način izločen vpliv okolice.

11.3.3 Predvidevanje glasnosti gonil Gonilu ne moremo v naprej natančno izračunati glasnosti. Lahko si pomagamo z izkušnjami in jo ocenimo. Tako najdemo orientacijske vrednosti v standardih (npr.: VDI-Richtlinie 2159). Temelj tem vrednostim so meritve opravljene na veliki množici različnih gonil. Glavni vplivi na glasnost so tip gonila, moč, ki jo gonilo prenaša in kvaliteta izdelave. VDI 2159 loči zobniška gonila s kotalnimi ležaji, zobniška gonila z drsnimi ležaji, kotna gonila s stožčastimi zobniki, planetna gonila in polžna gonila.

Diagram 11.3 kaže za primer polžnih gonil odvisnost nivoja glasnosti od prenesene moči. Podobni diagrami in enačbe veljajo tudi za druge vrste gonil. V označenem območju sta označeni dve premici z oznakama 80% in 50%. Pri tem meja 80% pomeni, da 80% vseh industrijskih polžnih gonil oddaja manj hrupa (je manj glasna) od te meje. Enako velja za mejo 50%. Na ta način lahko dokaj dobro ovrednotimo naše gonilo glede hrupa. Premica 80% za polžna gonila je po VDI 2159 definirana z naslednjo matematično enačbo (11.4): (11.4) )()(log9,150,65 AdBkWPLWA ⋅+=


149

405060708090

100110120

1 10 100 1000Moč gonila [kW]

Niv

o hr

upa

LW

A[d

B(A

)] 80%

50%

Slika 11.3 Hrup polžnih gonil

Predvideno glasnost gonila določimo z upoštevanjem površine gonila, ki oklepa gonilo (slika 11.2 ). To je orientacijska vrednost za glasnost in se lahko zaradi številnih vplivov od napovedane vrednosti precej razlikuje (sivo polje v diagramu 11.3 ). (11.5) )(AdBLLL SWAA −= )(log10 AdBSLS ⋅= (11.6)

Pri tem je S površina oddaljena 1m od površine idealiziranega kvadra v m2. V diagramu11.3 je upoštevana verjetnost 90 %, koeficient korelacije znaša več kot 0,8 (za natančnejše podatke glej predpis VDI 2159). Pri moči gonila 10 kW dobimo iz diagrama za mejo 80% nivo glasnosti LWA = 81 dB(A), če upoštevamo še površino namišljenega merilnega kvadra gonila 25 m2 (za idealiziran kvader – gonilo velikosti 0,5m×0,5m×1m) dobimo naslednje: LS = 14 dB(A) in pričakovana glasnost LA = 67 dB s toleranco +2 dB. Ko je gonilo izdelano, mora proizvajalec v svojem preskuševališču pričakovan (ali dogovorjen) hrup preveriti z meritvijo.

11.4 ZMANJŠANJE GLASNOSTI GONIL

Za kako tiha gonila se bomo odločili, je največ odvisno od področja in mesta uporabe. Vsekakor je najpomembneje, da z našim gonilom ne odstopamo iz poprečnega hrupa okolice. Gonilo smemo slišati (ločiti od hrupa okolice) le takrat, ko nam je le to najbliže. Ko je uporabljeno samo naše gonilo, ne sme moteče vplivati na bližnje ljudi in mora biti skladno z vsemi predpisi o emisiji hrupa za posamezna področja uporabe. Preglasna gonila niso zaželena, pretiha so predraga. Vedno so na prvem mestu želje oziroma zahteve kupca, ki mu jih moramo za ustrezno ceno izpolniti. Posebej tihih polžnih gonil se rajši sami brez ustreznih izkušenj s polžnimi gonili ne lotimo.


150

11.4.1 Projektiranje in konstrukcija Na hrup lahko s konstrukcijo gonil precej vplivamo. Polžna gonila so glede hrupa dokaj ugodna in tišja v primerjavi z zobniškimi gonili enake kvalitete. Vendar se napake zelo hitro pokažejo s povečano hrupnostjo. Glasnost polžnih gonil z večanjem moči hitreje raste, kot pri drugih gonilih. Zato so polžna gonila manjših moči zelo tiha, pri večjih močeh pa se hrupnost bolj približa zobniškim gonilom. Pri vitkih polžih (q<8), kjer so varnosti proti upogibanju nizke (prenizke), obstaja nevarnost višjega hrupa. Zgornji polž je neugoden, čeprav je pri manjših močeh in večji količini olja lahko prav tako tih.

11.4.1.1 Polž in polžnik Na sami polžasti dvojici na hrup vpliva kvaliteta izdelave, število zob polža in polžnika, kot vzpona, število stopenj pri sestavljenih gonilih. Večje število zob polžnika in majhni ali celo negativni profilni premiki ugodno vplivajo na znižanje hrupa. Pri tri ali več stopenjskem polžu (koti vzpona več kot 15°), se lahko napačne kombinacije oblike polža in kolesa (brušen polž ZK, kolo izdelano z orodjem oblike ZN) pokažejo kot izvor dodatnega hrupa. Paziti je potrebno, da sta polž in orodje za izdelavo polžnika identični (npr. ZK polž in ZK orodje za polžnik). Pomembna je izbira materialov polža in polžnika. Ugodne so kombinacije trdega polža in mehkega polžnika. Še posebej tihi so kaljeni polži in polžniki iz plastičnih mas. Za znižanje hrupa so ugodnejši enozobi polži, prav tako tudi pravilno izvedeni polži in polžniki oblike ZC. Pri večjih vrtilnih hitrostih je potrebno polže ustrezno uravnotežiti in upoštevati kritične vrtilne hitrosti (resonanca). K hrupu lahko neugodno vpliva nerodno oblikovan ventilator, še posebej pri hitrem vrtenju, saj oddaja dobro slišne frekvence.

11.4.1.2 Ohišje in pritrditev Toga enodelna in orebrena ohišja so ugodnejša (natančnejša izdelava), prav tako je boljše lito kot varjeno ohišje. Dobro je potrebno premisliti o načinu pritrditve gonila, ker je od tega odvisno, kako se bo hrup prenašal naprej. Najneugodnejša varianta je pritrditev z nogami ali prirobnico na sorazmerno tanke pločevinaste stene, najboljša pa pritrditev z momentno ročico, ki ima v členku vstavljen gumijast vložek, na tog nosilec ali konstrukcijo.

11.4.1.3 Pogonski motor Paziti je potrebno na pogonski motor, saj se mnogokrat zgodi, da je motor glasnejši od gonila. Pri nakupu motorjev se bo potrebno o tem pogovoriti s proizvajalcem in zahtevati ustrezne certifikate.

11.4.2 Kvaliteta izdelave in montaže Kvalitetno izdelana polž in polžnik sta ugodna za nizek hrup. Nižje kvalitetno število, pomeni tudi manj hrupa. V glavnem manjšanje bočne zračnosti polžnega para ugodno vpliva na hrup, čeprav so gonila z zmanjšano zračnostjo pri isti kvaliteti običajno glasnejša. Pomembni so tudi ležaji (predvsem na polžu) in njihova pravilna montaža in nastavitev. Za polžnik je pomembno, da je postavljen v bližino sredine polža (ugodna slika nošenja).


151

11.4.3 Mazivo Na hrup odločilno vpliva izbira vrste, kvalitete in količine maziva. Pri večjih hitrostih je velika količina olja neugodna. Sintetično olje pravilne viskoznosti zelo dobro duši hrup, saj je oljni film bolj obstojen. Iz triboloških razlogov so pri polžnih gonilih potrebne večje viskoznosti olj, kot pri zobniških gonilih, kar ugodno vpliva na hrup. Dinamični pogoni in sunkovite obremenitve so za hrup zelo neugodne, čeprav se polžna gonila spet obnesejo boljše kot zobniška.

11.4.4 Protihrupna zaščita Izvedemo jo z oblaganjem gonila s snovjo, ki slabo prevaja hrup in ga dobro vpija (absorbira). Gonila lahko zapremo tudi v zvočno izolirane zaboje, ki obdajajo celo gonilo razen izstopne gredi in pritrdilnega mesta. Polžna gonila zelo redko izvedemo s protihrupno zaščito, saj takoj naletimo na problem hlajenja gonila. Pri izvedbi s prisilnim (centralnim) mazanjem in hlajenjem olja gonila pa je uporaba zvočne izolacije lahko ugodna. Izvedba je draga in porabi več prostora in se bomo zanjo odločili v skrajnem primeru.

11.5 ZAKLJUČEK

Za katere ukrepe se bomo odločili je odvisno od zahtev in naših izkušenj s hrupom. Učinkovitost posameznih ukrepov je potrebno ovrednotiti z meritvami, glede na osnovne vplivne faktorje (moč, hitrost). Samo na ta način lahko ugotovimo koliko nam posamezni ukrepi prinesejo. Meritve nam tudi povedo, kdaj smo dosegli želeni nivo hrupa. Potrebno jih je izvajati dosledno po navodilih standarda, saj so samo na ta način med seboj primerljive ponovljive in primerne za posredovanje kupcem (certifikat). Rezultate lahko uporabimo tudi kot reklamo in se primerjamo s konkurenco.

Literatura

152

LITERATURA R. Bachmann, F. Lohkamp, R. Strobl. Maschinenelemente. Vogel-Verlag , Würzburg, 1982. W. Beitz, K.H. Grote. Dubbel – Taschenbuch für den Maschinenbau. 20. Aufgabe, Springer Verlag, Berlin, 2001. K.H. Decker. Maschinenelemente. Hanser-Verlag, München, 1998. R.C. Dorf. The Engineering Handbook. CRC Press, Boca Raton, Florida, 1996. S. Fronius. Maschinenelemente. VEB Verlag Technik, Berlin, 1971. B.J. Hamrock, B.O. Jacobson, R.S. Schmid. Fundamentals of Machine Elements. McGraw-Hill, Boston, 1999. I. Janežič. Strojni elementi II. Tehniška založba Slovenije, Ljubljana, 1998. H. Meerkam. Maschinenelemente. Lehrstuhl für Konstruktionstechnik, Universität Erlangen-Nürnberg, 1994. H. Muren. Strojnotehnološki priročnik. Tehniška založba Slovenije, Ljubljana, 1998. G. Niemann, H. Winter. Maschinenelemente III. Springer Verlag, Berlin-Heidelberg, 1983.

B. Perović. Berechnung von Maschinenelementen. Expert-Verlag, Renningen-Malmsheim 1997. I. Prebil. Tehnična dokumentacija. Tehniška založba Slovenije, Ljubljana, 1998.

J. Puhar. Krautov strojniški priročnik. Tehniška založba Slovenije, Ljubljana, 1997. H. Ringhandt, C. Wirth. Feinwerkelemente. Hanser-Verlag, München, 1992. H. Roloff, W. Matek. Maschinenelemente. Vieweg, Braunschweig, 1995. W. Steinhilper, R. Röper. Maschinen- und Konstruktionselemente. Springer-Verlag, Wien, 1986. S. Tanasijević. Mehanički prenosnici. IRO Naučna knjiga, Beograd, 1984. W. Tochtermann, F. Bodenstein. Konstruktionselemente des Maschinenbaues – teil 2. Springer-Verlag, Berlin, 1979. K. Wächter. Konstruktionslehre für Maschineningenieure – Grundlagen, Konstruktions- und Antribselemente. VEB Verlag Technik, Berlin, 1987.

Documents

Polžna gonila