Ο μηχανισμός ατέρμονα και ατέρμονας οδοντωτών τροχών χρησιμοποιείται συνήθως για τη μετάδοση κίνησης και ισχύος μεταξύ δύο τεμνόμενων αξόνων. Στο ενδιάμεσο επίπεδο, ο ατέρμονας και ο ατέρμονας οδοντωτός τροχός είναι ανάλογοι με ένα γρανάζι και ράφι, με το σκουλήκι να μοιάζει σε σχήμα βίδας. Λοιπόν, ποια είναι η αρχή λειτουργίας του σκουληκιού και του ατέρμονα γραναζιού;
Σε έναν τυπικό μηχανισμό ατέρμονα οδοντωτών τροχών, οι άξονες τέμνονται υπό γωνία 90 μοιρών, με τον ατέρμονα να είναι συνήθως το κινητήριο στοιχείο. Εξωτερικά, το σκουλήκι μοιάζει με μπουλόνι, ενώ το γρανάζι ατέρμονος είναι παρόμοιο με ένα ελικοειδές κυλινδρικό γρανάζι. Κατά τη λειτουργία, τα δόντια γραναζιών του ατέρμονα τροχού ολισθαίνουν και κυλίονται κατά μήκος της ελικοειδής επιφάνειας του ατέρμονα. Για να βελτιωθεί η επαφή μεταξύ των δοντιών του γραναζιού, ο τροχός σκουληκιού είναι κατασκευασμένος με σχήμα τόξου κατά μήκος της κατεύθυνσης του πλάτους του δοντιού, το οποίο περικλείει το σκουλήκι. Με αυτόν τον τρόπο, το πλέγμα του σκουληκιού και του τροχού σκουληκιού είναι μια επαφή γραμμής και όχι μια σημειακή επαφή.
Το κιβώτιο ταχυτήτων ατέρμονα αποτελείται από έναν ατέρμονα και έναν ατέρμονα τροχό, με το ατέρμονα γρανάζι να είναι γενικά το κινητήριο στοιχείο. Ακριβώς όπως τα νήματα, τα σκουλήκια μπορούν να έχουν δεξιόστροφες ή αριστερόστροφες σπείρες και οι μεταδόσεις σκουληκιών αναφέρονται ως δεξιόστροφες ή αριστερόστροφες κινήσεις σκουληκιών. Ένα σκουλήκι με ένα μόνο ελικοειδές νήμα ονομάζεται σκουλήκι μίας εκκίνησης, που σημαίνει ότι μια πλήρης περιστροφή του σκουληκιού έχει ως αποτέλεσμα το ατέρμονα γρανάζι να περιστρέφεται κατά ένα δόντι. Εάν το σκουλήκι έχει δύο ελικοειδή νήματα, ονομάζεται σκουλήκι διπλής εκκίνησης, επομένως μια πλήρης περιστροφή του σκουληκιού έχει ως αποτέλεσμα το γρανάζι ατέρμονα να στρίβει κατά δύο δόντια.
Χαρακτηριστικά των κιβωτίων ατέρμονων γραναζιών:
Υψηλή σχέση μετάδοσης:Μπορούν να επιτύχουν πολύ μεγάλη σχέση μετάδοσης και είναι πιο συμπαγείς σε σύγκριση με τους μηχανισμούς ελικοειδούς γραναζιού τεμνόμενου άξονα.
Γραμμή επικοινωνίας:Οι επιφάνειες των δοντιών πλέγματος έχουν επαφή γραμμής, η οποία παρέχει πολύ μεγαλύτερη χωρητικότητα φορτίου από τους μηχανισμούς ελικοειδούς γραναζιού τεμνόμενου άξονα.
Ομαλή λειτουργία:Τα κιβώτια ταχυτήτων ατέρμονα είναι ισοδύναμα με τα ελικοειδή κιβώτια ταχυτήτων και περιλαμβάνουν πλέγμα πολλαπλών δοντιών, με αποτέλεσμα ομαλή μετάδοση και χαμηλό θόρυβο.
Αυτοκλείδωμα:Όταν η γωνία απαγωγής του σκουληκιού είναι μικρότερη από την ισοδύναμη γωνία τριβής των δοντιών του δικτυωτού γραναζιού, ο μηχανισμός έχει ιδιότητες αυτοασφάλισης. Αυτό επιτρέπει το αντίστροφο αυτοκλείδωμα, που σημαίνει ότι το σκουλήκι μπορεί να οδηγήσει τον ατέρμονα τροχό, αλλά ο τροχός σκουληκιών δεν μπορεί να οδηγήσει το σκουλήκι. Για παράδειγμα, στα ανυψωτικά μηχανήματα, οι αυτοασφαλιζόμενοι μηχανισμοί σκουληκιών μπορούν να παρέχουν προστασία ασφαλείας.
Χαμηλή απόδοση και υψηλή φθορά:Η απόδοση είναι σχετικά χαμηλή λόγω της υψηλής σχετικής ταχύτητας ολίσθησης μεταξύ των δοντιών πλέξης, με αποτέλεσμα σημαντική απώλεια τριβής και φθορά. Η υψηλή ταχύτητα ολίσθησης προκαλεί επίσης σοβαρή φθορά της επιφάνειας των δοντιών και παραγωγή θερμότητας. Για τη βελτίωση της ψύξης και τη μείωση της φθοράς, χρησιμοποιούνται συχνά υψηλής ποιότητας υλικά κατά της φθοράς και λίπανση, γεγονός που αυξάνει το κόστος.
Μεγάλη αξονική δύναμη:Το σκουλήκι ασκεί σημαντική αξονική δύναμη.
Στα κιβώτια ταχυτήτων με σκουλήκι, οι συνήθεις τρόποι αστοχίας για τα δόντια των τροχών σκουληκιών περιλαμβάνουν σπασίματα, φθορά, συγκόλληση και κάμψη δοντιών. Λόγω της χαμηλής απόδοσης, οι υψηλές ταχύτητες ολίσθησης και η τάση για παραγωγή θερμότητας, η συγκόλληση και η φθορά είναι πιο κοινές. Για να αποφευχθεί η συγκόλληση και να μειωθεί η φθορά, τα υλικά πρέπει να έχουν αντιτριβικές, ανθεκτικές στη φθορά και αντισυγκολλητικές ιδιότητες. Συνήθως, τα σκουλήκια κατασκευάζονται από ανθρακούχο χάλυβα ή κράμα χάλυβα, με την ελικοειδή επιφάνεια να έχει υποστεί θερμική επεξεργασία (π.χ. σβήσιμο και ενανθράκωση) για να επιτευχθεί υψηλή σκληρότητα (HRC 45–63), και στη συνέχεια αλέθονται ή ακονίζονται για να ενισχυθεί η ικανότητα φόρτωσης. Οι τροχοί σκουληκιών είναι ως επί το πλείστον κατασκευασμένοι από μπρούτζο, και μερικές φορές από ορείχαλκο ή χυτοσίδηρο για χαμηλής ταχύτητας, μη κρίσιμες μεταδόσεις. Για την πρόληψη της συγκόλλησης και τη μείωση της φθοράς, θα πρέπει να χρησιμοποιούνται καλές μέθοδοι λίπανσης με πρόσθετα κατά της συγκόλλησης. Δεν υπάρχουν ώριμες μέθοδοι υπολογισμού για τη συγκόλληση και τη φθορά σε μηχανισμούς κίνησης σκουληκιών. Η τάση επαφής στην επιφάνεια του δοντιού είναι ένας βασικός παράγοντας που προκαλεί συγκόλληση και φθορά της επιφάνειας, επομένως οι υπολογισμοί της αντοχής επαφής παραμένουν θεμελιώδεις. Σε ορισμένες περιπτώσεις, η αντοχή σε κάμψη των δοντιών μπορεί επίσης να χρειαστεί να επαληθευτεί. Τα ατέρμονα γρανάζια γενικά δεν απαιτούν υπολογισμούς αντοχής για τα δόντια, αλλά είναι απαραίτητο να επαληθευτεί η αντοχή και η ακαμψία του άξονα ατέρμονα. Για κλειστές μεταδόσεις, θα πρέπει να εκτελούνται υπολογισμοί θερμικής ισορροπίας. Εάν οι υπολογισμοί της θερμικής ισορροπίας δεν είναι ικανοποιητικοί, μπορεί να προστεθούν πτερύγια ψύξης ή συσκευές εξαναγκασμένης ψύξης στο εξωτερικό περίβλημα. Τα κιβώτια ταχυτήτων ατέρμονα χρησιμοποιούνται συνήθως σε εφαρμογές με τεμνόμενους άξονες, όπου απαιτούνται υψηλές σχέσεις μετάδοσης ή για μετάδοση σχετικά χαμηλής ισχύος ή διακοπτόμενης εργασίας. Όταν απαιτείται μετάδοση υψηλής ισχύος, η απόδοση βελτιώνεται συχνά επιλέγοντας Z1=2–4. Επιπλέον, δεδομένου ότι το αυτοκλείδωμα συμβαίνει με μικρότερο 1, τα ατέρμονα γρανάζια χρησιμοποιούνται συχνά σε ανυψωτικά μηχανήματα όπως βαρούλκα για προστασία ασφάλειας. Χρησιμοποιούνται επίσης ευρέως σε εργαλειομηχανές, αυτοκίνητα, όργανα, μηχανήματα μεταλλουργίας και άλλες μηχανές ή εξοπλισμό λόγω της μείωσης της κατανάλωσης ενέργειας.
