Wpływ rodzaju ślimaka i parametrów uzębienia na układ linii styku i obszar zazębienia

Bardzo szczegółowa analiza zazębienia nie zawsze jest możliwa, względnie opłacalna. Dlatego dobrze jest poznać wpływ, jaki rodzaj ślimaka oraz niektóre parametry zazębienia wywierają na układ linii styku i rozległość obszaru zazębienia.

Kształt i położenie linii styku oraz rozległość obszaru zazębienia zależą od wielu czynników, głównie jednak od:
— rodzaju ślimaka,
— położenia bieguna uzębienia,
— kątów wzniosu i zarysu zębów,
— ukształtowania wieńca ślimacznicy,
— liczby zębów ślimaka i ślimacznicy.
Rodzaj ślimaka posiada w zasadzie decydujący wpływ na kształt uzębienia, a tym samym i na położenie oraz kształt linii styku. Odmienność kształtu uzębienia bywa jednak różna dla rożnych odmian ślimaków. W przekładniach ze ślimakami o wklęsłym zarysie zębów zarówno kształt uzębienia, jak i przebieg linii styku jest na przykład zdecydowanie inny od tego, jaki występuje w przekładniach, czy to ze ślimakami o prostoliniowych powierzchniach śrubowych, czy to ze ślimakami stoźkopochodnymi.

Natomiast w przekładniach ze ślimakami o różnych odmianach śrubowych powierzchni prostoliniowych, ale o małych kątach wzniosu, sytuacja wygląda inaczej.

Pomimo odmienności rodzaju ślimaka kształt uzębienia jest dość zbliżony, a charakter linii styku zupełnie zachowany. Przedstawiono to na powyższym rysunku, który podaje czołowy rzut linii styku dla dwóch różnych ślimaków, a mianowicie dla ślimaka Archimedesa i dla ślimaka ewolwentowego. W obu przypadkach są to ślimaki jednozębne o małym kącie wzniosu. Dla większych kątów wzniosu różnice pomiędzy ślimakiem ewolwentowym i Archimedesa stają się większe. Przedstawiono to na powyższym rysunku, który podaje rzut czołowy linii styku, tym razem dla ślimaków sześciozębnych.

Znaczny wpływ zarówno na przebieg linii styku, jak i obszar zazębienia, wywiera położenie bieguna zazębienia. Dzięki zbliżeniu lub oddaleniu w czasie obróbki osi narzędzia od osi obrabianej nim ślimacznicy, a w czasie współpracy osi ślimaka od osi ślimacznicy, zmienia się usytuowanie płaszczyzny tocznej ślimaka, a tym samym i usytuowanie pola przyporu względem bieguna zazębienia, jak to wyjaśniono na poniższym rysunku. Zbliżenie osi (korekcja ujemna) zwiększa udział współpracy zębów w okresie wyzębiania, a oddalenie osi (korekcja dodatnia) zwiększa udział współpracy zębów w okresie wzębiania. Ponadto zbliżenie osi zwiększa niebezpieczeństwo wystąpienia podcinania zębów, a oddalenie osi zwiększa niebezpieczeństwo zbytniego zaostrzenia zębów ślimacznicy.

Korekcja rozstawu osi zmienia przebieg linii styku. Zmieniają się również krzywizny zębów w punktach styku. Dzięki korekcji rozstawu osi można więc w bardzo poważnym stopniu zmienić warunki zazębienia. Przy czym okazuje się, że w przypadku ślimaków o prostoliniowych lub wypukłych powierzchniach zębów korzystniejszy jest okres wyzębienia, a w przypadku ślimaków o wklęsłym zarysie zębów — okres wzębiania.

Na rys. poniżej przedstawiono wpływ zbliżenia osi (korekcji ujemnej) na przebieg linii styku i na pole przyporu przekładni o 3-zębnym ślimaku ewolwentowym.
Na rys. poniżej pokazano przekładnię o zerowym (niekorygowanym) rozstawie osi, a na rys. poniżej — przekładnię z analogicznym jak poprzednio ślimakiem, ale o osiach tak zbliżonych, że cały okres współpracy zębów przypada na okres wyzębiania.
Jak widać, układ linii styku, a nawet liczba zębów, będących jednocześnie w zazębieniu, jest o obu przypadkach różna. I pomimo, że na skutek zbliżenia osi łączna długość linii styku jest nawet nieco mniejsza, to jednak przekładnia pracuje w znacznie korzystniejszych warunkach, co polepsza jej sprawność i powiększa obciążalność.
Liczba zębów będących jednocześnie w zazębieniu jest bowiem większa, układ linii styku względem śrubowego ruchu ślimaka jest bardziej zbliżony do prostopadłości, a krzywizny zębów są korzystniejsze.

Bardzo korzystnie przebiega linia styku również w przekładniach, których ślimaki mają zarys zębów kołowo-wypukły, a osie zbliżone (korekcja ujemna) tak, że cały okres zazębienia przypada na wyzębianie.

Na rys. powyżej przedstawiono czołowe rzuty linii styku w przypadku przekładni ze ślimakami o wklęsłym zarysie zębów.

Przebieg linii styku jest bardzo odmienny od tego, jaki ma miejsce w przekładniach ze ślimakami cwolwentowymi. Płaszczyzna toczna jest tu również inaczej usytuowana niż w przekładniach konwencjonalnych. Tym razem osie są oddalone (korekcja dodatnia) tak, aby współpraca zębów przebiegała w okresie wyłącznie wzębiania.

Na rys. powyżej przedstawiono trzy przypadki przekładni, różniących się między sobą tylko liczbą zębów, a tym samym i kątem wzniosu linii zębów. Na rys. powyżej przedstawiono zazębienie w przekładni ze ślimakiem 8-zębnym. na rys. powyżej — ze ślimakiem 4-zębnym, a na rys. powyżej przedstawiono jak gdyby hipotetyczny „ślimak bez skoku". Po prostu w tym przypadku linie styku określono dla skoku zębów i kąta wzniosu równego zeru. Podane na rys. powyżej przykłady pozwalają ocenić wpływ liczby zębów ślimaka, a tym samym i kąta wzniosu na układ linii styku zębów.

W przypadku ślimaków o wklęsłym zarysie zębów układ linii styku jest różny w różnych strefach obszaru zazębienia. Cały obszar zazębienia można podzielić jak gdyby na 4 strefy (rys. powyżej). W strefie 4 linie styku są mocno zagęszczone co świadczy o małych, a więc niekorzystnych promieniach krzywizn. Za to kierunek linii styku jest w tej strefie bardzo korzystny, gdyż jest bliski prostopadłości w stosunku do prędkości poślizgu. Strefa 2 charakteryzuje się małym zagęszczeniem linii,
co świadczy o korzystnych, dużych promieniach krzywizn. Kierunek linii styku jest względnie dobry. Ta strefa odznacza się najlepszymi warunkami dla powstania hydrodynamicznej siły nośnej, zapewniającej płynne smarowanie. Najniekorzystniejszą natomiast strefą jest strefa i, w której poślizgi odbywają się niemal wzdłuż linii styku, co nie sprzyja powstaniu pożądanej siły hydrodynamicznej, a jest przyczyną większych niż w innych strefach strat tarcia. Strefa 1 ma średnio zagęszczone linie styku, a więc promienia krzywizn niezbyt małe. Układ linii nie jest wprawdzie najkorzystniejszy, ale nie jest i specjalnie zły. Ogólnie biorąc, ta strefa charakteryzuje się nie najgorszymi warunkami zazębienia.

Wpływ kąta wzniosu linii zębów na układ linii styku zaznacza się nie tylko w przekładniach ze ślimakami o wklęsłym zarysie zębów, co zilustrowano na rys. powyżej, ale również i w przekładniach ze ślimakami o śrubowych powierzchniach prostoliniowych i stożkopochodnych. Ilustracją tego wpływu dla ślimaków ewolwentowych może być porównanie czołowego rzutu linii styku zębów na rys. wcześniejszych.

Wpływ kąta zarysu zębów na warunki zazębienia jest jak gdyby dwukierunkowy.
Z jednej strony im mniejszy jest kąt zarysu, tym dłuższe mogą być w zasadzie linie przyporu, ale z drugiej strony, im mniejszy kąt zarysu, tym większe jest niebezpieczeństwo podcięcia zębów. A podcięcie zębów nie tylko osłabia zęby, ale i zmniejsza obszar zazębienia, a więc i pole przyporu.

O granicach obszaru zazębienia, a tym samym o granicach pola przyporu, decyduje kilka czynników. Jednym z nich jest kształt wieńca ślimacznicy (rys. powyżej).
Spośród trzech pokazanych na tym rysunku odmian, wieniec o walcowej powierzchni wierzchołków ma najmniejsze pole przyporu. Poza kształtem decyduje szerokość wieńca. Odgrywa ona szczególnie doniosłą rolę wówczas, gdy układ linii styku pozwala wykorzystać całą szerokość wieńca. Ten warunek nie zawsze jest jednak spełniony. Na przeszkodzie do wykorzystania całej szerokości może stanąć: rodzaj ślimaka (rys. wcześniejszy) oraz zjawisko podcięcia zębów, zagrażające zwłaszcza przekrojom ślimacznicy po stronie wyjścia z zazębienia położonym dalej od płaszczyzny środkowej (strona prawa wieńca ślimacznicy na rys. wyżej).

Pole przyporu może zostać również dodatkowo ograniczone względami, które wyjaśniono wprowadzając pojęcie nieużytecznego obszaru zębów ślimaka. Te same względy, które przesądzają o szerokości wieńca ślimacznicy decydują również o kącie opasania (rys. wcześniejszy).

Jednym z najbardziej oczywistych jest wpływ liczby zębów ślimacznicy. Im liczba zębów ślimacznicy jest większa i im większa jest jej średnica, tym większy staje się obszar zazębienia, a tym samym i pole przyporu, jak to przedstawiono na rys. powyżej.