Rullaketjujen monikulmiovaikutus ja sen ilmenemismuodot

Rullaketjujen monikulmiovaikutus ja sen ilmenemismuodot

Mekaanisen voimansiirron alallarullaketjutniitä käytetään laajalti teollisuuden tuotantolinjoilla, maatalouskoneissa, autoteollisuudessa, logistiikassa ja muissa sovelluksissa niiden yksinkertaisen rakenteen, suuren kuormituksen kantokyvyn ja kustannustehokkuuden ansiosta. Rullaketjujen käytön aikana ilmiö, joka tunnetaan nimellä "monikulmioefekti", vaikuttaa kuitenkin suoraan voimansiirron tasaisuuteen, tarkkuuteen ja käyttöikään, mikä tekee siitä keskeisen ominaisuuden, joka insinöörien, hankintahenkilöstön ja laitteiden kunnossapitäjien on ymmärrettävä perusteellisesti.

Ensinnäkin, monikulmiovaikutuksen paljastaminen: Mikä on rullaketjujen monikulmiovaikutus?

Ymmärtääksemme monikulmioefektin meidän on ensin tarkasteltava rullaketjun voimansiirron perusrakennetta. Rullaketjuvoimansiirto koostuu pääasiassa vetävästä ketjupyörästä, varustetusta ketjupyörästä ja rullaketjusta. Kun vetävä ketjupyörä pyörii, ketjupyörän hampaat ja rullaketjun lenkit tarttuvat toisiinsa ja välittävät voiman varustetulle ketjupyörälle, joka puolestaan ​​pyörittää seuraavia työmekanismeja. Niin kutsuttu "monikulmioefekti", joka tunnetaan myös nimellä "monikulmioefektivirhe", viittaa rullaketjuvoimansiirrossa esiintyvään ilmiöön, jossa ketjun kiertymislinja ketjupyörän ympäri muodostaa monikulmion kaltaisen muodon, jolloin ketjun hetkellinen nopeus ja varustetun ketjupyörän hetkellinen kulmanopeus vaihtelevat säännöllisesti. Yksinkertaisesti sanottuna ketjupyörän pyöriessä ketju ei etene vakiolla lineaarisella nopeudella, vaan sen nopeus vaihtelee jatkuvasti, ikään kuin se liikkuisi monikulmion reunaa pitkin. Vastaavasti myös varustettu ketjupyörä pyörii vakiolla kulmanopeudella, mutta sen nopeus vaihtelee säännöllisesti. Tämä vaihtelu ei ole toimintahäiriö, vaan rullaketjun voimansiirtorakenteen luontainen ominaisuus, mutta sen vaikutusta ei voida sivuuttaa.

Toiseksi, alkuperän jäljittäminen: monikulmioefektin periaate

Monikulmioefekti on peräisin rullaketjujen ja ketjupyörien rakenteellisista ominaisuuksista. Voimme ymmärtää sen syntyprosessin selvästi seuraavien keskeisten vaiheiden avulla:

(I) Ketjun ja rattaiden kiinnitys

Kun rullaketju kierretään ketjupyörän ympärille, ketjupyörä on pyöreä, useista hampaista koostuva komponentti ja jokainen ketjun lenkki on kytkentässä ketjupyörän hampaaseen. Ketjun keskiviiva muodostaa suljetun käyrän, joka koostuu useista katkoviivoista. Tämä käyrä muistuttaa säännöllistä monikulmiota (tästä johtuu nimitys "monikulmioefekti"). Tämän "monikulmion" sivujen lukumäärä on yhtä suuri kuin ketjupyörän hampaiden lukumäärä, ja "monikulmion" sivun pituus on yhtä suuri kuin ketjun jako (kahden vierekkäisen rullan keskipisteiden välinen etäisyys).

(II) Vetopyörän liikkeensiirto

Kun vetävä ketjupyörä pyörii vakiokulmanopeudella ω₁, jokaisen ketjupyörän hampaan kehänopeus on vakio (v₁ = ω₁ × r₁, jossa r₁ on vetävän ketjupyörän jakosuuntainen säde). Koska ketjun ja ketjupyörän välinen kosketuspiste muuttuu jatkuvasti ketjupyörän hammasprofiilia pitkin, etäisyys kosketuspisteestä ketjupyörän keskipisteeseen (eli hetkellinen kääntösäde) vaihtelee ajoittain ketjupyörän pyöriessä. Tarkemmin sanottuna, kun ketjurullat sopivat tiiviisti ketjupyörän hampaiden väliseen uran pohjaan, etäisyys kosketuspisteestä ketjupyörän keskipisteeseen on pienin (noin ketjupyörän hampaan tyven säde); kun ketjurullat koskettavat ketjupyörän hampaiden kärkiä, etäisyys kosketuspisteestä ketjupyörän keskipisteeseen on suurin (noin ketjupyörän hampaan kärjen säde). Tämä hetkellisen kääntösäteen jaksollinen vaihtelu aiheuttaa suoraan vaihteluita ketjun hetkellisessä lineaarisessa nopeudessa.

(III) Käytetyn hammaspyörän kulmanopeuden vaihtelu

Koska ketju on jäykkä voimansiirtokomponentti (jota pidetään venymättömänä voimansiirron aikana), ketjun hetkellinen lineaarinopeus välittyy suoraan käytettävälle ketjupyörälle. Käytettävän ketjupyörän hetkellinen kulmanopeus ω₂, ketjun hetkellinen lineaarinopeus v₂ ja käytettävän ketjupyörän hetkellinen pyörimisesi r₂' toteuttavat yhtälön ω₂ = v₂ / r₂'.

Koska ketjun hetkellinen lineaarinen nopeus v₂ vaihtelee, hetkellinen pyörimisesi r₂' käytetyn ketjupyörän kytkentäkohdassa muuttuu myös säännöllisesti käytetyn ketjupyörän pyörimisen mukana (periaate on sama kuin käyttävän ketjupyörän). Nämä kaksi tekijää yhdessä aiheuttavat käytetyn ketjupyörän hetkellisen kulmanopeuden ω₂ monimutkaisempia jaksollisia vaihteluita, mikä puolestaan ​​vaikuttaa koko voimansiirtojärjestelmän lähtövakauteen.

Kolmanneksi, visuaalinen esitys: Monikulmioefektin erityiset ilmentymät

Monikulmiovaikutus ilmenee monin tavoin rullaketjuvaihteistoissa. Se ei ainoastaan ​​vaikuta voimansiirron tarkkuuteen, vaan aiheuttaa myös tärinää, melua ja muita ongelmia. Pitkäaikainen käyttö voi myös kiihdyttää komponenttien kulumista ja lyhentää laitteiden käyttöikää. Erityisiä ilmenemismuotoja ovat seuraavat:

(1) Lähetysnopeuden säännöllinen vaihtelu

Tämä on monikulmioefektin suorin ja keskeisin ilmentymä. Sekä ketjun hetkellinen lineaarinen nopeus että käytettävän hammaspyörän hetkellinen kulmanopeus vaihtelevat jaksoittain hammaspyörän pyöriessä. Näiden vaihteluiden taajuus liittyy läheisesti hammaspyörän pyörimisnopeuteen ja hampaiden lukumäärään: mitä suurempi hammaspyörän nopeus ja mitä vähemmän hampaita, sitä suurempi on nopeusvaihteluiden taajuus. Lisäksi nopeusvaihteluiden amplitudi liittyy myös ketjun jakoon ja hammaspyörän hampaiden lukumäärään: mitä suurempi ketjun jako ja mitä vähemmän hammaspyörän hampaita, sitä suurempi on nopeusvaihteluiden amplitudi.

Esimerkiksi rullaketjukäyttöjärjestelmässä, jossa on pieni määrä hampaita (esim. z = 10) ja suuri jako (esim. p = 25,4 mm), kun vetopyörä pyörii suurella nopeudella (esim. n = 1500 r/min), ketjun hetkellinen lineaarinopeus voi vaihdella laajalla alueella, mikä aiheuttaa havaittavia "hyppyjä" käytettävässä työmekanismissa (esim. kuljetinhihna, työstökoneen kara jne.) ja vaikuttaa vakavasti voimansiirron tarkkuuteen ja työn laatuun. (2) Iskut ja tärinä

Ketjun nopeuden äkillisen muutoksen (siksak-suunnasta toiseen) vuoksi ketjun ja ketjupyörän kytkeytyessä toisiinsa syntyy ajoittaisia ​​iskukuormia. Tämä iskukuormitus välittyy ketjun kautta komponentteihin, kuten ketjupyörään, akseliin ja laakereihin, aiheuttaen värähtelyä koko voimansiirtojärjestelmässä.

Tärinän taajuus liittyy myös hammaspyörän pyörimisnopeuteen ja hampaiden lukumäärään. Kun värähtelytaajuus lähestyy laitteen ominaistaajuutta tai on sen kanssa sama, voi esiintyä resonanssia, joka vahvistaa värähtelyn amplitudia entisestään. Tämä ei ainoastaan ​​vaikuta laitteen normaaliin toimintaan, vaan voi myös aiheuttaa komponenttien löystymistä ja vaurioitumista ja jopa johtaa onnettomuuksiin.

(3) Melusaaste

Iskut ja tärinä ovat melun pääasialliset aiheuttajat. Rullaketjujen voimansiirrossa ketjun ja ketjupyörän välisen kytkennän vaikutus, ketjun jakojen törmäys sekä laitteen runkoon välittyvän tärinän aiheuttama runkoääni vaikuttavat kaikki rullaketjujen voimansiirtojärjestelmien meluun.

Mitä voimakkaampi monikulmiovaikutus on (esim. suurempi jako, vähemmän hampaita, suurempi pyörimisnopeus), sitä voimakkaampia iskut ja tärinä ovat ja sitä suurempi on syntyvä melu. Pitkäaikainen altistuminen korkeille melutasoille ei ainoastaan ​​vaikuta käyttäjien kuuloon, vaan se häiritsee myös paikan päällä tapahtuvaa tuotannonohjausta ja kommunikaatiota, mikä vähentää työtehokkuutta.

(IV) Lisääntynyt komponenttien kuluminen

Sykliset iskukuormitukset ja tärinä kiihdyttävät komponenttien, kuten rullaketjujen, ketjupyörien, akseleiden ja laakereiden, kulumista. Tarkemmin sanottuna:

Ketjun kuluminen: Isku lisää ketjurullien, holkkien ja tappien välistä kosketusjännitystä, kiihdyttää kulumista ja pidentää vähitellen ketjun jakoa (yleisesti tunnettu "ketjun venymisenä"), mikä pahentaa entisestään monikulmioefektiä.

Ketjupyörän kuluminen: Toistuva iskun ja kitkan esiintyminen ketjupyörän hampaiden ja ketjurullien välillä voi aiheuttaa hampaan pinnan kulumista, hampaan kärjen teroittumista ja hampaan juuren halkeamia, mikä johtaa ketjupyörän kytkennän heikkenemiseen.

Akselin ja laakerin kuluminen: Tärinä ja iskut altistavat akseleille ja laakereille lisää säteittäisiä ja aksiaalisia kuormia, mikä kiihdyttää laakerin vierintäelinten, sisä- ja ulkokehän sekä laakeritappien kulumista, lyhentää laakerin käyttöikää ja jopa aiheuttaa akselin taipumista.

(V) Alennettu lähetystehokkuus

Polygonivaikutuksen aiheuttamat iskut, tärinä ja lisäkitkahäviöt heikentävät rullaketjuvoimansiirtojärjestelmien voimansiirron hyötysuhdetta. Toisaalta nopeuden vaihtelut voivat aiheuttaa työmekanismin epävakaan toiminnan, mikä vaatii enemmän energiaa vaihteluiden aiheuttamien lisäkuormien voittamiseksi. Toisaalta lisääntynyt kuluminen lisää komponenttien välistä kitkavastusta, mikä lisää entisestään energiahäviöitä. Pitkäaikaisessa käytössä tämä alentunut hyötysuhde voi lisätä merkittävästi laitteiden energiankulutusta ja nostaa tuotantokustannuksia.

Neljänneksi, tieteellinen vastaus: Tehokkaita strategioita polygonivaikutuksen lieventämiseksi

Vaikka monikulmiovaikutus on rullaketjuvaihteistojen luontainen ominaisuus eikä sitä voida täysin poistaa, sitä voidaan tehokkaasti lieventää asianmukaisilla suunnittelu-, valinta- ja kunnossapitotoimenpiteillä, mikä parantaa voimansiirtojärjestelmän tasaisuutta, tarkkuutta ja käyttöikää. Erityiset strategiat ovat seuraavat:

(I) Ketjupyörän suunnittelun ja valinnan optimointi

Ketjupyörän hampaiden lukumäärän lisääminen: Vaikka välityssuhteen ja asennustilan vaatimukset täyttyvät, ketjupyörän hampaiden lukumäärän asianmukainen lisääminen voi pienentää sivujen lukumäärän suhdetta "monikulmion" pituuteen, mikä vähentää hetkellisen kääntösäteen vaihtelua ja siten tehokkaasti minimoi nopeusvaihteluiden suuruutta. Yleisesti ottaen vetoketjupyörän hampaiden lukumäärän ei tulisi olla liian pieni (yleensä suositellaan vähintään 17 hammasta). Nopeassa vaihteistossa tai sovelluksissa, jotka vaativat suurta tasaisuutta, tulisi valita suurempi määrä ketjupyörän hampaita (esim. 25 tai enemmän). Ketjupyörän jakohalkaisijan virheiden vähentäminen: Ketjupyörän koneistustarkkuuden parantaminen ja valmistusvirheiden sekä ketjupyörän jakohalkaisijan ympyrävirheiden vähentäminen varmistaa tasaisemmat muutokset kytkentäpisteen hetkellisessä pyörimissäteessä ketjupyörän pyörimisen aikana, mikä vähentää iskuja ja tärinää.

Erikoishammasprofiililla varustettujen ketjupyörien käyttö: Erittäin tasaista voimansiirtoa vaativissa sovelluksissa voidaan käyttää erikoishammasprofiileilla (kuten kaarenmuotoisilla ketjupyörillä) varustettuja ketjupyöriä. Kaarenmuotoiset hampaat tekevät ketjun ja ketjupyörän välisestä kytkennästä tasaisempaa, mikä vähentää kytkennästä aiheutuvaa iskua ja siten lieventää monikulmioefektin vaikutusta.

(II) Ketjuparametrien oikea valinta

Ketjun jaon pienentäminen: Ketjun jako on yksi keskeisistä monikulmiovaikutukseen vaikuttavista parametreista. Mitä pienempi jako, sitä pienempi on "monikulmion" sivun pituus ja sitä pienempi on ketjun hetkellisen lineaarinopeuden vaihtelu. Siksi, kunhan kuormankantokykyvaatimukset täyttyvät, tulisi valita pienemmän jaon omaavia ketjuja. Nopeaan ja tarkkaan vaihteistoon suositellaan pienen jaon omaavia rullaketjuja (kuten ISO-standardien 06B ja 08A mukaisia). Korkean tarkkuuden ketjujen valinta: Ketjunvalmistustarkkuuden parantaminen, kuten ketjun jaon poikkeaman, rullan säteittäisen heiton ja holkin ja tapin välyksen pienentäminen, varmistaa ketjun tasaisemman liikkeen käytön aikana ja vähentää riittämättömän ketjun tarkkuuden pahentamaa monikulmiovaikutusta.

Kiristyslaitteiden käyttö: Ketjunkiristyslaitteiden (kuten jousikiristimien ja painokiristimien) asianmukainen konfigurointi varmistaa, että ketju säilyttää oikean kireyden, mikä vähentää ketjun löysyyttä ja tärinää käytön aikana ja siten lieventää monikulmioefektin aiheuttamia iskuja ja nopeuden vaihteluita.

(III) Siirtoverkon käyttöparametrien hallinta
Vaihteiston nopeuden rajoittaminen: Mitä suurempi ketjupyörän nopeus, sitä suurempia ovat monikulmioefektin aiheuttamat nopeuden vaihtelut, iskut ja tärinä. Siksi voimansiirtojärjestelmää suunniteltaessa voimansiirtonopeutta tulisi rajoittaa asianmukaisesti ketjun ja ketjupyörän spesifikaatioiden perusteella. Vakiorullaketjujen suurin sallittu nopeus on yleensä ilmoitettu selvästi tuotekäsikirjassa, ja sitä on noudatettava tarkasti.

Vaihteistosuhteen optimointi: Kohtuullisen välityssuhteen valitseminen ja liian suurten välityssuhteiden välttäminen (erityisesti nopeudenalennusvaihteistossa) voi vähentää käytettävän hammaspyörän kulmanopeuden vaihteluita. Monivaiheisessa vaihteistojärjestelmässä suurin välityssuhde tulisi antaa alemmalle nopeusportaalle, jotta monikulmioefektin vaikutus korkeampaan nopeusportaaseen minimoidaan.

(IV) Vahvistaa laitteiden asennusta ja huoltoa

Varmista asennuksen tarkkuus: Rullaketjuvoimansiirtojärjestelmää asennettaessa on varmistettava, että vetävän ja käytettävän ketjupyörän akselien välinen yhdensuuntaisuusvirhe, kahden ketjupyörän välinen keskipisteen etäisyysvirhe ja ketjupyörän päätypinnan ympyräpoikkeamavirhe ovat sallituilla rajoilla. Riittämätön asennustarkkuus voi pahentaa kuormituksen epätasapainoa ja ketjun ja ketjupyörän välistä huonoa kytkeytymistä, mikä voimistaa monikulmiovaikutusta entisestään.

Säännöllinen voitelu ja huolto: Rullaketjun ja ketjupyörien säännöllinen voitelu voi vähentää komponenttien välistä kitkaa, hidastaa kulumista, pidentää ketjun ja ketjupyörien käyttöikää sekä lieventää iskuja ja tärinää jossain määrin. Valitse sopiva voiteluaine (kuten öljy tai rasva) laitteen käyttöympäristön ja -olosuhteiden perusteella ja voitele ja tarkista laite määrätyin väliajoin. Vaihda kuluneet osat viipymättä: Kun ketjun jako on venynyt merkittävästi (yleensä yli 3 % alkuperäisestä jaosta), rullien kuluminen on vakavaa tai ketjupyörän hampaiden kuluminen ylittää määritellyn rajan, ketju tai ketjupyörä on vaihdettava viipymättä, jotta estetään komponenttien liiallinen kuluminen, joka pahentaa monikulmioilmiötä ja voi johtaa laitteen vikaantumiseen.

Viides, yhteenveto
Rullaketjujen monikulmiovaikutus on niiden voimansiirtorakenteen luontainen ominaisuus. Se vaikuttaa merkittävästi voimansiirtojärjestelmän suorituskykyyn ja käyttöikään vaikuttamalla voimansiirron nopeuden vakauteen, aiheuttamalla iskuvärähtelyä ja melua sekä kiihdyttämällä komponenttien kulumista. Ymmärtämällä perusteellisesti monikulmiovaikutuksen periaatteet ja erityiset ilmenemismuodot sekä ottamalla käyttöön tieteellisiä ja asianmukaisia ​​lieventämisstrategioita (kuten ketjupyörän ja ketjun valinnan optimointi, käyttöparametrien hallinta sekä asennuksen ja huollon tehostaminen) voimme tehokkaasti lieventää monikulmiovaikutuksen kielteisiä vaikutuksia ja hyödyntää täysimääräisesti rullaketjuvoimansiirron etuja.