Témata
Reklama

Šneková soukolí (převody)

Kvalita obrobeného ozubení je obecně přímo závislá na technické úrovni nástroje. Společnost Pilsen Tools, s. r. o., výrobce uvedených nástrojů, proto trvale věnuje maximální pozornost kvalitě provedení, tj. geometrické a rozměrové přesnosti, jakosti a stavu polotovaru, tepelnému zpracování a integritě povrchu řezných funkčních ploch. Trvalé zlepšování uvedených parametrů je i předmětem řešených výzkumných a vývojových projektů.

Šnekové převody (obr. 1) nacházejí stále velké uplatnění zejména u výtahů, gumárenských lisů nebo stavebních strojů, kdy by bez nich nebylo možné v daných zástavbových poměrech a kinematice přenášet vysoké výkony (P) či krouticí momenty (Mk), ale i například konkrétní nastavení pohyblivého členu (prvku) daného mechanismu, a to díky vysokému převodovému poměru (i).

Reklama
Reklama
Obr. 1. Šnekové soukolí
Obr. 2. Radiální způsob výroby šnekového kola

Výroba nástrojů pro realizaci šnekových soukolí

Odvalování šnekových kol, co se týká záběrových mechanismů obráběcího stroje (frézky), je zcela identické s odvalováním čelních ozubených kol. Jediný rozdíl je v tom, že nástroj není vykloněn o úhel své šroubovice, ale je nastaven horizontálně na střed šířky obráběného šnekového kola. Nástroj (fréza) má identický průměr, profil i stoupání budoucího šneku. V současné době společnost Pilsen Tools, s. r. o., vyrábí především odvalovací frézy na šneková kola pro:

a) radiální způsob výroby (obr. 2) – je obdobou odvalovacího způsobu frézování čelních ozubených kol. Posuv do záběru s se děje tak dlouho, až se odvalovací fréza dostane do polohy odpovídající poloze šneku.
b) tangenciální způsob výroby (obr. 3) – při tomto způsobu výroby šnekových kol má odvalovací fréza náběhový kužel a již dopředu se nastavuje na celou hloubku zubové mezery. Posuv je ve směru tečny k roztečné kružnici šnekového kola.

Obr. 3. Tangenciální způsob výroby šnekového kola
Obr. 4. Šnek s ozubením spirálním
Obr. 5. Nůž na šnek

Poznámka: Poměrně drahý odvalovací nástroj lze nahradit trnem s jednoprofilovým nožem, ovšem s menší produktivitou a přesností, takže jej lze aplikovat jen v kusové a opravárenské výrobě.

Obecná kvantifikace šnekových soukolí

Charakteristickým rysem uvedených soukolí je, že jde o vzájemně pevnou kinematickou a silovou vazbu působící na nejkratší spojnici mezi dvojicí – šnekem (většinou hnací prvek) a šnekovým kolem (hnaný prvek), s tím, že oproti obecným šroubovým převodům (válcovým i kuželovým – hybridním), zde mimoběžné osy svírají úhel 90°. Pro zjednodušení si lze daný převod představit jako zvláštní případ šroubového spojení.

Poznámka: Za určitých podmínek může být jako hnací použito i šnekové kolo, jde pak o tzv. šnekový multiplikátor (násobitel) otáček – avšak jen pro malé krouticí momenty.

Pozor: Otáčením šroubu může za určitých podmínek vzniknout posuvný pohyb matice, viz například pohybové šrouby na obráběcích strojích. Ale obráceně, pokud bude mít matice nevhodný úhel šroubovice (γ), nemusí být posunem matice vyvozena rotace šroubu!

Obr. 6. Šnek s ozubením obecným

Obr. 7. Šnek s ozubením evolventním

Výhody šnekového převodu:
• možnost velkých převodových poměrů (až i = 1 000);
• velký přenosový výkon ve vztahu k rozměrům;
• u globoidních provedení je v záběru více zubů, proto je chod klidný a tichý (nejtišší převod i při vysokých otáčkách);
• vhodným konstrukčním kompaktním řešením lze docílit i samosvornosti převodu;
• malé rozměry, a tedy malá hmotnost;
• ovlivnitelnost záběrových i pevnostních charakteristik vhodnou jakostí materiálu šneku i šnekového kola.

Nevýhody šnekového převodu:
• podstatně vyšší nároky na geometrickou přesnost nástrojů na výrobu ozubení – nebezpečí skluzu a tím i trhavého pohybu, větší intenzita vývinu tepla a opotřebení boků zubů;
• zavazbená, dražší a komplikovanější výroba kol;
• převody vyžadují mazací lázeň;
• vykazuje podstatně nižší účinnost η oproti čelním převodům.

Druhy šnekových soukolí

Rozeznáváme šneková soukolí se šnekem válcovým a globoidním (obr. 8).
U soukolí s válcovým šnekem je profil závitu v osovém řezu konstantní. Válcový šnek může mít ozubení:
a) spirální – čelním řezem je Archimedova spirála (obr. 4). Vyrábí se především na soustruhu nožem (obr. 5) ve tvaru základního profilu (jako pohybový trapézový šroub);
b) obecné – v normálném řezu je profil lichoběžníkový (obr. 6). Vyrábí se na soustruhu pomocí jednoho nebo dvou tvarových nožů skloněných pod úhlem záběru v normálné rovině nebo na frézce kotoučovou frézou, což bývá výhodnější;
c) evolventní – osovým řezem zubu je evolventa (obr. 7), počet zubů šneku bývá z1 = 5 až 9. Soustruží se dvěma noži (šnek pak vypadá jako „šikmozubé“ kolo válcové), nebo lze řešit odvalovacím způsobem (odvalovací frézou).

U globoidního ozubení se profil závitu v osovém řezu mění (nástroj vykonává rotační pohyb). Typická provedení šnekových ozubení jsou schematicky znázorněna na obr. 8.

Obr. 8. Varianty provedení šnekových soukolí: a) válcové soukolí; b) smíšené provedení (válcový šnek + globoidní kolo); c) globoidní provedení (oba členy jsou globoidní)


Obr. 9. Parametry a silové poměry šnekového soukolí

Charakteristika soukolí (obr. 9) – z identických rádiusů šneku (r) a šnekového kola (R) na roztečných kružnicích vyplývá, že aktivní zuby šnekového kola jsou v záběru v celé šířce kola. To znamená více zubů v záběru, tedy větší přenášený výkon P, vyšší účinnost η, malé rozměry skříně, lehčí konstrukci. Závity šneku mají přímkové boky a na vstupu a výstupu šneku je tzv. „stažení“ z důvodu lepšího náběhu do záběru (provede se posunutím šneku doprava nebo doleva od základní polohy), doporučuje se vyrábět speciální nožovou hlavou na soustruhu.

Nástroje pro výrobu válcových šneků a šnekového kola

Pro konstrukci odvalovacích fréz platí ČSN ISO 4468. Z kvantifikace vazeb vyplývá pravidlo pro ideální případ výroby šnekových kol. To znamená, že řezný nástroj, kterým jsou zuby vyráběny (odvalovány), musí mít stejný průměr, počet zubů (chodů), profil a stoupání jako vlastní zabírající budoucí šnek. Tím je šnekové ozubení obecně determinováno přesností ozubení šneku neboli geometrickou přesností bočních ploch jeho zubů.

Proto se při konstrukci odvalovacích fréz na šneková kola (obr. 10) – tvarové kopie šneku jako sdružené dvojice – vychází přesně z rozsáhlých výpočtů a zadání šnekového soukolí. Odvalovací fréza je tedy nastavena horizontálně a na střed šířky obráběného šnekového kola, tj. má identické záběrové poměry jako u vlastního šnekového soukolí. Pro vytvoření radiální vůle v ozubení má odvalovací fréza přibližně o 1/3 modulu vyšší hlavu zubů.

Pozor: U zubů šnekového kola mohou nastat tyto kolize:
a) podřezání paty zubu ve střední rovině šnekového kola;
b) špičatost zubu (zejména u malého počtu zubů kola).

Samozřejmě všechny geometrické, ale i fyzikální nebo mechanické odchylky od definovaných teoretických parametrů při provozu soukolí znamenají velké problémy, například vysoké skluzové rychlosti, oteplování, zadírání aktivních ploch, únavové opotřebení (pittingy), nízkou účinnost η až destrukci (lom) zubu.
Na obr. 10 je zobrazeno provedení šnekové odvalovací frézy vyráběné společností Pilsen Tools, s. r. o., z rychlořezné oceli HSS-PM, která je ještě pro obrábění ocelí v zušlechtěném stavu (15 142.6, 15 330.6, 18CrNiMo7-6,…) povlakována metodou PVD (povlaky TiNx, AlTiNX , TiAlNx aj.). Jen vlastní technologické zpracování uvedených nástrojů by vydalo na samostatný článek.

Poznámka: V současné době vývojoví pracovníci Pilsen Tools pracují v rámci projektu KTO SGS-2013-031 na ZČU na matematickém popisu kinematické vazby brusného kotouče s čelní plochou zubů šnekové odvalovací frézy, a to s cílem najít obecnou funkční závislost pro křivku boku kotouče tak, aby byl při vyostřování dosažen úhel čela γ = 0°.

Obr. 10. Odvalovací fréza šneková pro radiální způsob obrábění
Obr. 11. Frézování šneku: a) čepovou, b) kotoučovou frézou

Vlastní obrábění šneků probíhá buď na soustruhu tvarovým profilovým nožem identickým s profilem dané šnekové odvalovací frézy na šneková kola, případně na závitové frézce pomocí čepové nebo kotoučové frézy (obr. 11).

Nástroje pro výrobu globoidního šneku a šnekového kola

Pro výrobu globoidního kola vyrobila společnost Pilsen Tools frézovací hlavu (obr. 12), která má šablonu na přesné nastavení břitů. Jedná se o velmi složitý nástroj nejen z hlediska nastavování pro hrubování nebo na čisto, ale i z hlediska podbrušování jednotlivých nožů. Navíc je nutné globoidní kolo na čisto ještě obrobit na soustruhu pomocí dvou nožů upnutých a nastavených šablonou na trnu, což je profesně velmi náročné! Vlivem kinematické přesnosti obráběcího stroje je nutné ještě zaběhnutí pomocí zaběhávacího šneku. S ohledem na uvedené operace je výroba těchto kol velmi nákladnou záležitostí.

Obr. 12. Frézovací hlava na globoidní kolo

K výrobě globoidního šneku se používá speciální nožová hlava, kde jsou nože rozloženy a upnuty tak, že tvoří ozubený hřeben, přičemž jsou nastaveny tak, že jedna polovina nožů obrábí levý bok a druhá polovina pravý bok. Nože se nastavují na měrku a jsou opřeny o ustavovací kolíky. Šnek je nutné brousit z důvodu velké záběrové plochy, skluzových rychlostí, a tím nebezpečí oteplování převodu.

Závěr

Výroba profesionálních šnekových převodů je teoreticky i prakticky velmi náročná a její úroveň de facto kopíruje úroveň znalosti deskriptivní geometrie, kinematických vazeb (záběrových poměrů) soustavy stroj – nástroj – obrobek a výpočtových postupů (programů na PC) včetně technické úrovně, přesnosti a provedení obráběcích strojů na výrobu ozubení. Jakékoliv odchylky od ideálních profilů znamenají v tomto případě nejen problém při montáži a zaběhávání, zvětšování vůlí atd. a tím i podstatné snížení účinnosti převodu η. Z těchto důvodů je výrobě řezných nástrojů na uvedená ozubení věnována skutečně maximální pozornost a důsledné dodržování výkresových předpisů.

Obr. 13. Frézovací hlava na globoidní šnek

Poznámka: Kontrola provedení ozubení je stejně tak náročná jako výroba přesných řezných nástrojů a jejich nastavení do řezu.
Proto se – nikoliv nadarmo – traduje, že technická vyspělost ve strojírenství se odráží v úrovni výroby ozubení.

Dr. Ing. Miloslav Kesl

Pilsen Tools
kesl@pilsentools.cz
www.pilsentools.cz

Reklama
Vydání #5
Kód článku: 130533
Datum: 07. 05. 2013
Rubrika: Trendy / Obrábění
Autor:
Firmy
Související články
Silná geometrie s měkkým řezem

Existují prezentace produktů, které je potřeba přečíst si několikrát, než je člověk pochopí. Tato prezentace k nim ovšem nepatří. S-Cut SC-UNI je fréza, jejíž funkční princip lze přes její unikátní provedení, nebo právě proto, velmi snadno vysvětlit. Její břity ve tvaru S a extrémně nestejné dělení potlačující chvění vyvolané procesem obrábění vytvářejí z této frézy vysoce kvalitní nástroj, který v rámci veškerých srovnávacích testů poráží porovnávané frézy.

EMO Hannover 2011 - Part 2. MM Award - ocenění pro nejlepší exponáty

MM Award, udělovaná časopisem MM MaschinenMarkt, je již mnoho let doprovodnou akcí řady veletrhů pořádaných na území Německa. Protože MM je značka s celosvětovou působností, jsou obdobná ocenění udělována na veletrzích i v dalších zemích, kde si časopis vydávaný s tímto logem vydobil renomé. V domovském Německu, mezi místními strojírenství znalými lidmi, MM Award udělovaná na EMO má rozhodně velkou prestiž, stejně jako EMO samotné.

Názorové fórum odborníků

V tomto vydání MM Průmyslového spektra se věnujeme mimo jiné tématu automatizace obslužných procesů. Proto jsme s anketní otázkou oslovili zástupce výrobců a dovozců v této komoditě.

Tlak na zvyšování produktivity a další faktory související s cenou práce či nedostatkem pracovní síly přiměly mnoho výrobců automatizovat své výrobní procesy. Většina obslužných procesů, jako je upínání, paletizace, kontrola kvality a další úkony (třídění, odvoz, balení), probíhá ve vedlejších časech.


I tyto procesy lze optimalizovat, zefektivnit anebo částečně automatizovat. Jaké produkty, systémy či služby zvyšující efektivitu obslužných výrobních procesů nabízí vaše společnost?

Související články
Od konstrukce strojů po parkovací věže

Mezi starší generací strojařů pravděpodobně není nikoho, kdo by neznal původem škodováka Josefa Bernarda z Jičína. Tento strojírenský nadšenec příští rok oslaví své sedmdesátiny. Před třiceti lety po odchodu z místního Agrostroje položil základy společnosti Vapos, která dává perspektivní práci patnácti desítkám lidí z Jičína a blízkého okolí.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Pod dvou letech opět na EMO do Hannoveru

Od 16. do 21. září 2019 se uskuteční 22. ročník největšího světového veletrhu zpracování kovů EMO. Megaakce se koná opět v Německu, které je po Číně a USA třetím největším trhem obráběcích strojů na světě. Veletrhu se účastní téměř 2 100 vystavovatelů ze 47 zemí světa. Z České republiky se očekává účast 28 firem na ploše necelých 1 700 m2. Na minulý veletrh v roce 2017 přijelo do Hannoveru z České republiky přes 2 200 odborníků.

CIMT Peking, Část 1. Obecný pohled

V předvelikonočním týdnu se v Pekingu uskutečnil veletrh obráběcích strojů CIMT 2019. V asijském regionu se jedná o obdobu veletrhu EMO Hannover. A stejně jako EMO je velkou měrou národní výstava německé výrobní techniky, tak CIMT je převážně čínský. V tomto prvním vstupu se podíváme na letošní ročník trochu s odstupem, aniž bychom se zaměřili na konkrétní exponáty.

Názorové fórum odborníků

Na tomto místě budeme pravidelně přinášet názory odborníků k tématům, která se objeví v aktuálním vydání MM Průmyslového spektra. V dubnovém vydání jsme zástupcům vysokých škol a firem položili následující otázku:

Obráběcí stroje pro produkční výrobu

Po sérii článků v minulém vydání se v posledním poohlédnutí po letošním hannoverském veletrhu EMO věnujeme důležité oblasti, a to jednoúčelovým strojům. I v letošním ročníku byla část expozic věnována této komoditě pro produkční výrobu a my se podíváme, co trh zákazníkům nabídl. Proč? Menším dílem proto, že se jim dlouhá léta autor (nejen) profesně věnuje, dílem podstatným proto, že jsou na nich „bytostně“ závislé veškeré obory nejen strojírenské či technické, ale i stavebnictví, telekomunikace, zdravotnictví a další.

Cena MM Award na EMO

Ocenění MM Award od našich německých kolegů z časopisu MM MaschinenMarkt je specialitou veletrhů pořádaných nejen v Evropě, ale po celém světě. Nejinak tomu bylo i na letošním hannoverském EMO, kde proběhlo slavnostní předání exponátům, které odbornou porotu zaujaly. Ceny jsou udělovány ve spolupráci se svazem VDW. Protože se jedná o jediné oficiální ceny udělované na veletrhu EMO a značky MM, VDW a EMO jsou dobře známé v oboru výrobní techniky, věnujeme jim svoji pozornost v retrospektivě veletrhu.

CIMT je v Číně, Čína je na CIMTu

Při letošním ročníku došlo na CIMT k významné změně. Evropští i američtí vystavovatelé byli přemístěni z hal tzv. západních do východních. Proč, to se mi nepodařilo zjistit. V reportáži před čtyřmi lety jsem umístění evropských a asijských firem popisoval s notnou nadsázkou, a tak si tuto změnu vysvětluji po svém – vystavovatelé si přečetli mé zpravodajství z výstaviště?. Také platí, že není pavilon jako pavilon. Standardy úklidu v halách, stravovacích prostorech, na toaletách byly v pavilonech, kde byla německá a švýcarská expozice, bližší evropským zemím než asijským. A o tom je jedna z čínských mentalit – jaké standardy mají být, ty jim musejí být ukázány, resp. nadiktovány či nařízeny.

Kdo má svůj cíl, tomu je vítr příznivý

V loňském roce odešel z vyškovské firmy Hestego do sesterské společnosti Kuličkové šrouby Kuřim. Před šesti lety se mu podařilo jím vedenou firmu převést přes hospodářskou krizi, mj. výraznou změnou výrobkového portfolia, nastartovat její růst a nasměrovat ji k dlouhodobé prosperitě. Shodné zadání má i nyní v Kuřimi. O kom je řeč? O statutárním řediteli KSK Kuřim Ing. Miroslavu Ostrém, který nyní s nově jmenovaným managementem pokračuje v restrukturalizaci kuřimské společnosti s cílem zvýšit její efektivitu a konkurenceschopnost. O své zkušenosti a názory nejen z oblasti byznysu se podělil v exkluzivním rozhovoru, který během prázdnin poskytl MM Průmyslovému spektru.

Novinky značky IMAO pro upínání obrobků

V dnešní době je velká poptávka po efektivní produkci různorodých výrobků v malém objemu a klíčem k vyšší produktivitě je použití přípravků, které lze flexibilně přizpůsobit mnoha různým obrobkům. Upínací prvky ONE-TOUCH se vyrábějí v mnoha různých provedeních, snadno z nich lze vybrat prvky vhodné pro upnutí požadované součásti. Upnutí a odepnutí součásti je jednoduché, bez použití dalšího nářadí a rychlé, zkracuje se čas potřebný pro manipulaci s obrobkem a tím i celkové náklady na výrobu.

Inovace a zvýšení produktivity obrábění v leteckém průmyslu

Svět se pod tlakem pandemie mění a s ním se mění i pohled na letecký průmysl. Kvůli těmto změnám je třeba pomáhat zákazníkům jejich výrobu nejen znovu rozbíhat, ale i optimalizovat. O to důležitější je pro firmu Gühring dívat se do budoucnosti a nepodléhat krizovým tendencím. Gühring je tradičním dodavatelem pro letecký průmysl, a to nejen u nás v České republice, ale i celosvětově.

900 000 nástrojových datových záznamů navíc

Nové rozhraní výrazně rozšiřuje datovou nabídku pro uživatele systému TDM. Ti mají nově k dispozici nástrojová data od více než 40 výrobců, tedy téměř pro každou obráběcí operaci.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit