Reductoare cu angrenaje melcate

REDUCTOARE CU ANGRENAJE MELCATE

Angrenajele melcate sunt angrenaje elicoidale cu unghiul dintre axe, in general de 90 la care una dintre roti - melcul - are un numar mic de dinti (1.4) si un unghi mare de inclinare a danturii (b g), iar roata conjugata - roata melcata - este o roata dintata cilindrica cu dantura inclinata cu unghiul g

Angrenajele melcate au urmatoarele avantaje: sunt silentioase, datorita alunecarii intre spirele melcului si dintii rotii. Aceasta alunecare impune, insa, flancuri ingrijit prelucrate, materiale rezistente la gripare si o ungere corespunzatoare.

Ca dezavantaje putem mentiona: randamentul mai scazut decat la celelalte tipuri de angrenaje; necesita folosirea unor materiale cu calitati antifrictiune deosebite, deficitare si mai scumpe decat materialele pentru rotile obisnuite; tehnologia de executie si montaj este mai complicata decat la angrenajele cilindrice.

Dupa forma si profilul melcului si a rotii melcate, angrenajele melcate se pot clasifica:

a)     dupa forma melcului:

melc cilindric  STAS 6845-75 : arhimedic; convolut; evolventic; concav.

melc globoidal;

melc conic.

b)     dupa forma rotii melcate :

roata cilindrica cu dinti inclinati;

roata melcata;

roata globoidala;

roata globoidala conica.

Melcii angrenajelor melcate, au in general, flancul format din suprafete riglate, intalnind la melcii cilindrici suprafete elicoidale arhimedice cu sectiunea axiala dreapta, suprafetele elicoidale sau evolventice cu una din sectiunile paralele cu axa dreapta. Forma flancurilor melcului este evident dependenta de modul de generare.

Forma globoidala a rotii melcate Fig.1.a. sau a melcului Fig.1.b. asigura transformarea contactului punctiform, caracteristic angrenajului elicoidal, intr-un contact liniar, ceea ce determina cresterea portantei acestor angrenaje.

Fig.1

Angrenajul melcat globoidal se caracterizeaza printr-o functionare mai silentioasa si o portanta marita, comparativ cu angrenajul melcat cilindric; de aceea se utilizeaza doar in constructia transmisiilor care necesita un gabarit redus sau la unele transmisii cinematice.

In practica cea mai raspandita varianta este cu melc cilindric si roata melcata. Acest reductor permite realizarea unor rapoarte de transmitere mari (la transmisii de putere de obicei i < 80, iar la transmisii cinematice i < 1000 si chiar mai mult).

Se foloseste de obicei ca transmisie reductoare; la transmisiile multiplicatoare (roata melcata este motoare), raportul de transmitere este i=1/15.

Din cauza randamentului relativ mic, angrenajele melcate se folosesc pentru puteri reduse (P < 60KW). Exista constructii unde s-a ajuns la puteri de circa 1000KW. Viteza periferica maxima realizata este: v_max =69 [m/s], iar turatia maxima a melcului n_max= 40.000 [rot/min].

Reductoarele cu angrenaje melcate au o utilizare larga in constructia de masini si aparate ca: masini de ridicat si transportat, masini agricole, masini miniere, masini unelte, mecanismul de directie al automobilelor. Aceste angrenaje se utilizeaza in general atunci cand la un raport de transmitere mare, se impune un gabarit redus sau se cere un mers silentios.

Formele de distrugere a acestor angrenaje sunt silentioase celor analizate pentru angrenajele cilindrice si conice, cu precizarea ca pregnanta este deteriorarea datorita uzurii de adeziune, manifestata sub forma griparii. Din acest motiv esentiala pentru determinarea dimensiunilor angrenajului este limitarea tensiunilor maxime de contact, corelata cu limitarea temperaturii de functionare, ambele favorizand aparitia griparii.

In majoritatea situatiilor dimensiunile rotii melcate rezultate din conditia de rezistenta la presiune de contact asigura si rezistenta necesara a dintilor la solicitarea de incovoiere.

Fig.2

Calculul angrenajelor melcate la solicitarea de contact

Acest calcul are un grad mai redus de exactitate, datorita complexitatii fenomenului de angrenare, manifestata prin linii de contact de forma oarecare, distributii de sarcina putin analizate si precizate, date reduse privind factorii care influenteaza comportarea angrenajului.

Contactul dintre dintii rotii melcate si flancul dintelui melcului poate fi adus ca fiind liniar si se calculeaza cu relatia:

  (1.)

  (2.)

Forta normala care incarca o pereche de dinti se va exprima in functie de sarcina nominala:

  (3.)

  (4.)

  (5.)

K_A - factor dinamic exterior;

K_V - factor dinamic interior;

K_Hb - factor de repartitie longitudinala a sarcinii;

Ke - factorul gradului de acoperire.

Lungimea liniei de contact a unui dinte al rotii melcate se poate aproxima ca fiind:

(6.)

(7.)

Curbura redusa a suprafetelor de contact se poate determina considerand sectiunea axiala sau cea in care flancurile melcului sunt drepte.

Fig.3

(8.)

(9.)

e

d

(10.)

(11.)

(12.)

(13.)

1.2. Calculul angrenajelor melcate la solicitarea de incovoiere

Roata melcata este o roata dintata cilindrica cu dantura inclinata si deci calculul la solicitarea de incovoiere se efectueaza astfel:

(14.)

Ye = Ke (15.)

(16.)

Latimea rotii b₂ se poate considera ca fiind egala cu lungimea arcului de infasurare a melcului de catre roata melcata.

(17.)

(18.)

(19.)

(20.)

(21.)

2. Metodica de calcul a angrenajelor melcate

2.1. Etape de calcul

1. Alegerea materialului pentru melc si roata melcata, stabilind valorile tensiunilor limita si admisibile
2. Determinarea diametrului de divizare necesar al rotii melcate din conditia de rezistenta la presiune de contact pentru:
• Z₂ = u Z₁;  Z ₂ Z₁ pentru Z₁ = 1

Z₂ 26 pentru Z₁ >

q = 12 pentru P₁4KW q = 10.11

P₁ 7 KW q = 8.10

P₁ > 7 KW

K_A

K_V =1,2

Z_Hb

Z_E

Z_H 

3. Stabilirea modulului angrenajului si standardizarea valorii acestuia.
4. Stabilirea distantei dintre axe si a coeficientului deplasarii de profil, a rotii.
5. Stabilirea principalelor elemente geometrice ale angrenajului.
6. Stabilirea tensiunilor efective maxime la solicitarea de presiune de contact si incovoiere.
7. Determinarea coeficientului de siguranta la cele doua solicitari si compararea acestora cu valorile necomandate.
8. Calculul termic al angrenajului.
9. Definitivarea calcului geometric al angrenajului.
10. Intocmirea desenelor de executie pentru melc si roata melcata.