Luz w skrzyni biegów: jak go zmierzyć i co to oznacza

Najważniejsze wnioski

• Luz zębów to niewielki luz kątowy między zazębiającymi się zębami. Każda przekładnia ma go zaprojektowanego; pytanie brzmi, ile go jest i jak szybko rośnie.
• Jest podawany w minutach kątowych (1 stopień = 60 minut kątowych) lub jako przesunięcie w milimetrach zmierzone przy znanym promieniu.
• Typowe wartości: precyzyjne przekładnie planetarne do osi serwo mają luz od poniżej 1 do około 3 min kątowych na niskim końcu; standardowe przekładnie planetarne zwykle około 3-9 min; ogólno-przemysłowe przekładnie zębate skośne zwykle mają luz rzędu kilkudziesięciu minut kątowych. Sama liczba niewiele mówi; liczy trend względem własnej linii bazowej jednostki.
• Mierzy się go za pomocą wskaźnika zegarowego przy znanym promieniu przy zablokowanym wejściu: delikatnie wychylaj wyjście w obie strony i przelicz odczyt na kąt.
• Rosnący luz to sygnał zużycia i pojawia się obok drgań i zmian temperatury na długo przed złamaniem zębów.

Czym jest luz zębów i dlaczego istnieje

Luz zębów jest celowy. Zęby potrzebują luzu, aby uwzględnić tolerancje wytwarzania, rozszerzalność termiczną oraz film smarujący między bokami zębów. Przekładnia z dosłownie zerowym luzem zacięłaby się, przegrzała i zniszczyła. Projektant wprowadza więc niewielką szczelinę, a układ napędowy odczuwa ją tylko przy zmianie kierunku momentu: aktywny bok zęba musi przebyć szczelinę, zanim zacznie przenosić moment na przeciwległy bok.

Dlatego luz zębów ma największe znaczenie na osi odwracalnych i pozycjonujących się: osie maszyn sterowanych serwomechanizmami, stoły indeksujące, przeguby robotów. W przekładni taśmociągowej pracującej w jednym kierunku przy stałym obciążeniu obfity luz jest nieszkodliwy. Na osi pozycjonującej to jest utracony ruch, którego sterownik nie widzi.

Jednostki: minuty kątowe i milimetry przy promieniu

Katalogi podają luz jako kąt na wale wyjściowym, w minutach kątowych. Jedna minuta kątowa to 1/60 stopnia. Pomiary w terenie dają milimetry przemieszczenia przy pewnym promieniu, a obie wartości przeliczają się bezpośrednio:

kąt w radianach = przemieszczenie / promień, a 1 milliradian = 3,44 minuty kątowej.

Dla orientacji rynkowej: niskoluzowe przekładnie planetarne do zastosowań serwo są zwykle specyfikowane w zakresie 1-3 min kątowych, standardowe planetarne około 3-9 min, a ogólne przemysłowe przekładnie zębate skośne lub stożkowe są luźniejsze, często w zakresie kilkudziesięciu minut kątowych. Przekładnie ślimakowe są zwykle najbardziej luźne i częściowo regulowalne. Zawsze przyjmuj kartę katalogową konkretnej jednostki jako źródło prawdy i sprawdź, czy podana wartość dotyczy kołnierza wyjściowego przy określonym momencie pomiarowym.

Jak to zmierzyć: metoda wskaźnika zegarowego

• 1. Zablokuj wał wejściowy. Trzymaj silnik z hamulcem lub zacisnij sprzęgło wejściowe. Cały utracony ruch, który mierzysz, musi pochodzić od zespołu zębatek, więc wejście nie może się poruszać.
• 2. Zamocuj wskaźnik zegarowy przy punkcie na kołnierzu wyjściowym lub na dźwigni przymocowanej do wału wyjściowego, w zmierzonym promieniu od środka wału. Im większy promień, tym lepsza rozdzielczość.
• 3. Wychyl wyjście ręcznie lub przy niewielkim, określonym momencie: zajmij luz w jednym kierunku, wyzeruj wskaźnik, a następnie przejdź do ogranicznika w drugim kierunku. Używaj lekkiego, stałego momentu; gwałtowne pociągnięcia odkształcają wały i obudowy i zafałszowują odczyt.
• 4. Przelicz. Przemieszczenie podzielone przez promień daje kąt w radianach; pomnóż przez 3438, aby otrzymać minuty kątowe.
• 5. Powtórz w trzech pozycjach wyjścia mniej więcej co 120 stopni. Zęby zużywają się nierównomiernie, a pojedynczy pomiar w jednej pozycji może trafić w najlepszy lub najgorszy punkt koła.

Przykład obliczeniowy z rzeczywistymi liczbami

Przekładnia stołu indeksującego jest sprawdzana podczas postoju:

• Wskaźnik zegarowy zamocowany w promieniu 100 mm od środka wału wyjściowego.
• Całkowite wychylenie między delikatnymi ogranicznikami: 0,15 mm.
• Kąt: 0,15 / 100 = 0,0015 rad = 1,5 mrad. W minutach kątowych: 1,5 × 3,44 = około 5,2 minut kątowych.
• Linia bazowa jednostki przy uruchomieniu, mierzona w ten sam sposób trzy lata temu, wynosiła 2,1 minut kątowych.

Absolutna liczba wciąż mieści się w granicach tolerancji wielu standardowych przekładni. Istotne jest 2,5-krotne zwiększenie względem własnej linii bazowej: rozpoczęło się zużycie boków zębów i na osi indeksującej jest to już widoczne jako rozrzut pozycjonowania. Właściwa reakcja to skrócenie odstępów pomiarowych, sprawdzenie stanu smaru i analiz oleju oraz zaplanowanie remontu na podstawie dowodów zamiast czekania na złamanie zęba.

Odczytywanie luzu zębów jako sygnału stanu

Wzrost luzu rzadko występuje sam. Zużyte boki zmieniają dynamikę zazębienia, więc spodziewaj się wzrostu drgań zazębienia wraz z nim; nasz odnośnik do stref ciężkości drgań ISO 20816 wyjaśnia, jak ocenić ogólny poziom. Zużycie łożysk dodaje własny utracony ruch, co jest jednym z powodów, by znać swoje klasy luzu wewnętrznego łożysk zanim obwini się zęby. Trendowane razem z temperaturą i analizą oleju, rejestr luzu zamienia wymianę przekładni z niespodzianki w zaplanowany element, co jest właśnie zadaniem narzędzi do utrzymania predykcyjnego.

Samo zmierzenie jest bezwartościowe, jeśli nikt nie może znaleźć wartości sprzed roku. Zapisz promień, moment pomiarowy, trzy pozycje i wynik w historii maszyny, aby następny technik mierzył w ten sam sposób. Maszyny z zapisaną linią bazową luzu i ustalonymi odstępami pomiarowymi mierzalnie przewyższają swoje rodzeństwo pod względem MTBF, które są otwierane dopiero po awarii. Jeśli historia twojej przekładni obecnie żyje w segregatorze, umów krótką prezentację i zobacz, jak Fabrico przechowuje historię pomiarów dla każdego urządzenia.

Typowe błędy

• Pomiary przez sprzęgło. Luz sprzęgła i luz na kluczu dodają się do odczytu. Mierz możliwie blisko wyjścia przekładni, z wejściem zablokowanym przy skrzyni, a nie na końcu układu napędowego.
• Mylące luz zębów z luzem łożyskowym. Ruch promieniowy i osiowy wału to inna usterka z innym sposobem naprawy. Sprawdź luz wału osobno przed wychylaniem zębatek.
• Używanie dużego momentu. Sprężyste odkształcenia wałów i obudowy odczytują się jako dodatkowy luz. Lekki, powtarzalny moment, ten sam za każdym razem.
• Jedna pozycja, jeden kierunek. Zużycie jest ekscentryczne; mierz w trzech pozycjach i zawsze raportuj całkowity luz w obu kierunkach.
• Ocena po samej liczbie bez linii bazowej. Luźna, ale stabilna przekładnia może pracować przez lata; ciasna, ale szybko rosnąca, nie.

Najczęściej zadawane pytania

Jaki luz zębów jest akceptowalny dla przekładni przemysłowej?

Cokolwiek producent specyfikuje dla tej jednostki i zastosowania, mierzone w jego sposób. Jako orientację: niskoluzowe planetarne serwo mają około 1-3 min kątowych, standardowe planetarne około 3-9, a ogólne przemysłowe przekładnie skośne są luźniejsze. Trenduj względem własnej linii bazowej jednostki, zamiast gonić uniwersalny limit.

Czy można wyeliminować luz zębów regulacją?

W większości przekładni skośnych i stożkowych o stałym rozstawie nie: wzrost to zużycie i naprawą jest remont. Przekładnie ślimakowe i niektóre zestawy stożkowe pozwalają na ograniczoną regulację, a w aplikacjach serwo stosuje się rozwiązania wstępnie obciążone lub z podwójnym zazębieniem, aby skompensować luz kosztem sprawności.

Jak często należy mierzyć luz zębów?

Przy uruchomieniu, aby ustalić linię bazową, potem co rok na krytycznych osiach odwracalnych, oraz natychmiast zawsze, gdy pogarsza się dokładność pozycjonowania lub rosną drgania zazębienia.

Czy większy luz zawsze oznacza, że przekładnia się psuje?

Nie. Przekładnia zaprojektowana do pracy w jednym kierunku z dużym luzem może z nim żyć nieograniczony czas. Szybki przyrost, hałas przy zmianie kierunku i zmiany drgań razem są sygnałem aktywnego zużycia.

Jaka jest różnica między luzem zębów a utraconym ruchem?

Utracony ruch to wszystko, czego wyjście nie wykona przy odwróceniu wejścia: luz zębów plus skręcanie wału, luz sprzęgła i odkształcenia sprężyste. Luz zębów to jedynie składowa związana ze szczeliną między zębami.