Crowning:een oplossing voor ruisonderdrukking en verkeerde uitlijning van versnellingen

Luidruchtige tandwieltreinen zijn al lange tijd een veelvoorkomend probleem voor tandwielontwerpers. Met de vraag naar kleinere versnellingsbakken die meer vermogen overbrengen bij hogere toerentallen en de bestaande eisen voor meer efficiëntie, zijn tandwielingenieurs altijd op zoek naar nieuwe manieren om trillingen te verminderen en geluid te beperken, zonder de kosten te verhogen.

Enkele populaire oplossingen voor het lawaaierige tandwielprobleem zijn onder meer het vergroten van het rondsel om ondersnijding te verminderen; waar mogelijk gebruik van Phenolic, Delrin of andere geluidsabsorberende producten; of overstappen op een spiraalvormige tandwieltrein. Andere methoden zijn onder meer aanscherping van specificaties om een ​​betere versnellingskwaliteit te verzekeren of het herontwerpen van de akoestische absorptie-eigenschappen van de versnellingsbak. Af en toe kan experimenteren met overbrengingsverhoudingen de versterking van de harmonische frequentie beperken, wat er anders voor kan zorgen dat een versnellingsbak het geluid versterkt als een fijn afgesteld stereosysteem. De ingenieur kan ook materiaal- en hardheidsvereisten bestuderen, zodat wijzigingen kunnen worden aangebracht om vervorming van de warmtebehandeling te minimaliseren of mogelijk de noodzaak van warmtebehandeling volledig te elimineren. Er moet ook bijzondere aandacht worden besteed aan de tandwielgeometrie om maximaal contact te verzekeren.

Figuur 1.

Een andere benadering van het tandwielgeluidsprobleem die goede resultaten oplevert, is het kronen of tornen van de tanden. Deze techniek omvat het veranderen van de koordedikte van de tand langs zijn as. Deze aanpassing elimineert eindlagers door een contactlager in het midden van het tandwiel aan te bieden.

Een tweede voordeel van de bekroning van het snijden van tandwielen is het minimaliseren van problemen met de uitlijning, veroorzaakt door onnauwkeurige bewerking van het gietstuk, de behuizing, de assen, de tandwielkasten of de lagertappen. Crowning kan ook loodproblemen in de tandwielen zelf verminderen, waardoor de tandwielen ongelijkmatig slijten en vastlopen vanwege excentriciteiten en positiefouten. Het is duidelijk dat een versnelling met een centraal contact minder wordt beïnvloed door afwijkende fabricage of ontwerp; bovendien kunt u de spelingvereisten verminderen en de tandwielen laten verslijten in plaats van verslijten.

Figuur 2.

Scheren is een secundaire bewerking van het tandwiel die wordt uitgevoerd na ruw uithollen of vormen om de gewenste kroon te creëren. Het scheren van de kroon is lange tijd een populaire methode geweest, vooral bij het vervaardigen van tandwielen met grove spoed. Met de recente evolutie van tandwielapparatuur die in staat is om te kronen tijdens het snijden, is het niet meer nodig om te scheren om een ​​kroon te krijgen.

Twee variaties van de methode voor het scheren van de kroon zullen een versnelling produceren om te compenseren voor loslopende of verkeerde uitlijningsomstandigheden.

Eén benadering produceert een kroon door de tafel te schommelen tijdens het heen en weer bewegen van het werk en de frees. De graad van de kroon is gemakkelijk te veranderen door deze methode. De andere benadering is dompelvoeding, waarbij het scheermesje op de gewenste kroon moet worden aangebracht. Over het algemeen is het sneller om de invoer te dompelen, maar de techniek kan de frees aan grotere slijtage blootstellen. Natuurlijk is het moeilijker om de kroon te verwisselen, mits je begint met tandwielen van goede kwaliteit. Scheren verbetert de kwaliteit van het profiel en vermindert fouten in de tandwieltand door de snijdende en polijstende werking van de frezen.

Figuur 3.

De kroonvorm kan op verschillende andere manieren op tandwieltanden worden geproduceerd. Een methode is om het tandwiel vorm te geven door gebruik te maken van een kroonnok in het vormmechanisme. De juiste straal van het tandwiel wordt berekend door de hoeveelheid kroon op de flank en de drukhoek van het tandwiel te gebruiken. Helaas zijn de blokken, hoewel niet complex, vaak duur.

De komst van de nieuwste generatie versnellingsapparatuur heeft twee methoden voor het bekronen tijdens het hobben populair gemaakt. Beide methoden produceren kronen door de hartafstand van de frees tot het werkstuk te vergroten en te verkleinen. De eerste methode maakt gebruik van het fysiek kopiëren van een sjabloon door een hydrokopieer- of mechanisch volgapparaat. Dit maakt taper uithollen mogelijk of zelfs het creëren van sinusoïdale golfvormen, indien gewenst. Meer recentelijk is de tweede methode, CNC-hobbing, gemeengoed geworden.

Afhankelijk van softwarebeperkingen maakt CNC snijtandwielen in bijna elke gewenste vorm mogelijk. Een nadeel van deze aanpak zijn de hoge kosten van de apparatuur, hoewel de terugverdientijd de afgelopen jaren aanzienlijk is gedaald.

Nieuwe CNC-vormers kunnen een kroonwiel of spiebaan snijden zonder dat een speciale kroonnok hoeft te worden gekocht. Op de Gleason Pfauter P 300 ES van ons bedrijf kunnen we bijvoorbeeld kronen door een kleine rechtse en linkse spiraalhoek langs de gezichtsbreedte van het onderdeel te snijden. Hierdoor blijft de worteldiameter recht. We hebben ook een Bourn &Koch Fellows MS 450 met een U-as voor het regelen van de back-off. Het kan worden geprogrammeerd om de snijspindel in en uit te bewegen tijdens de slagcyclus om de tand te kronen door dieper te snijden aan de uiteinden van de gezichtsbreedte en ondieper aan het hoogste punt van de kroon.

Figuur 4.

Wie gebruikt deze technologie voor het snijden van tandwielen tegenwoordig?

Gebruikers van zwaarbelaste tandwielen maken al geruime tijd gebruik van crowning. Een ander gebied dat rijp is voor het gebruik van bombering is de fabricage van hydraulische wiebelmotoren. Hier is de toepassing strikt voor problemen met de uitlijning in plaats van voor ruisonderdrukking. Een geallieerd gebied omvat zwaarbelaste rondsels die worden gebruikt in actuatoren voor stuurvlakken van vliegtuigen. Over het algemeen is het voordeliger om het rondsel te crownen omdat het meer omwentelingen per minuut maakt en meer geluid kan produceren. In dit geval is het van het grootste belang om de doorbuiging van de belasting te compenseren.

Helaas hebben maar weinig bedrijven in de Verenigde Staten deze technologie toegepast op commerciële fine-pitch gearing. De weinige fabrikanten die het hebben geprobeerd, zijn echter het meest tevreden met de resultaten. Sommige gebruikers hebben een vijf tot tien keer minder geluid gemeld, samen met minder trillingen, slijtage en stroomverbruik.

De voornaamste kandidaten voor het gebruik van de crowning-techniek zijn kleine motorfabrikanten met fractionele pk's of iedereen die te maken heeft met rechte of spiraalvormige rondsels die gevoelig zijn voor ruis of verkeerde uitlijning. Omdat het bekronen van buitenlandse tandwielhobbing-apparatuur al langere tijd beschikbaar is, is deze methode in grotere mate ontwikkeld in Europa.

Amerikaanse fabrikanten zouden er verstandig aan doen om te profiteren van de beschikbaarheid van dit soort technologie. Onderzoek naar crowning als oplossing voor problemen met ruis en verkeerde uitlijning kan een echt concurrentievoordeel opleveren voor zowel tandwielfabrikanten als gebruikers.