Šneková soukolí

Obsah:

• Ovládání a syntaxe
• Informace o projektu
• Teorie
• Postup výpočtu
• Volba základních vstupních parametrů
• Volba materiálů, režimu zatížení, provozních a výrobních parametrů
• Parametry profilu zubu
• Návrh geometrie ozubení
• Základní rozměry ozubení
• Účinnost a ztráty
• Bezpečnost v opotřebení
• Odolnost proti pittingu
• Průhyb hřídele
• Únosnost na patě zubu
• Kontrola oteplení
• Rozměry AGMA
• Kontrola AGMA
• Silové poměry
• Parametry zvoleného materiálu
• Výpočet ozubení na zadanou osovou vzdálenost
• Předběžný návrh průměru hřídelí (ocel)
• Pomocné výpočty
• Grafický výstup, CAD
• Nastavení, změna jazyka
• Uživatelské úpravy výpočtu.

Šneková soukolí

Výpočet je určen pro geometrický a pevnostní návrh a kontrolu šnekového soukolí. Program řeší následující úlohy.

1. Výpočet rozměrů ozubení.
2. Automatický návrh převodu s minimem vstupních požadavků.
3. Návrh pro zadané koeficienty bezpečnosti.
4. Výpočet tabulky vyhovujících řešení.
5. Výpočet kompletních geometrických parametrů.
6. Výpočet pevnostních parametrů, kontrola bezpečnosti.
7. Návrh ozubení na přesnou osovou vzdálenost.
8. Doplňkové výpočty (oteplení, návrh hřídelí).
9. Podpora 2D a 3D CAD systémů.

Výpočty používají postupy, algoritmy a údaje z norem ANSI, ISO, DIN a z odborné literatury.

Seznam norem: ANSI/AGMA 6022-C93 (Revision of AGMA 341.02), ANSI/AGMA 6034-B92 (Revision of ANSI/AGMA 6034-A87), DIN 3996, DIN 3975-1, DIN 3975-2

Tip: Při volbě vhodného typu převodu vám může pomoci srovnávací dokument Volba převodu.

 Uživatelské rozhraní.

 Stáhnout.

 Ceník, koupit.
 

Ovládání a syntaxe.

Informace o syntaxi a ovládání výpočtu naleznete v dokumentu "Ovládání, struktura a syntaxe výpočtů".

Informace o projektu.

Informace o účelu, použití a ovládání odstavce "Informace o projektu" naleznete v dokumentu  "Informace o projektu".

Teorie

Použití

Šneková soukolí (globoidní) mohou přenášet velké výkony, běžně 50 až 100 kW (optimální 0.04kW-120kW, extrémní 1000 kW); v jednom stupni jsou schopna realizovat vysoké převodové poměry i = 5 až 100, (u kinematických převodů až i=1000). Mají přitom malé rozměry, nízkou hmotnost a jsou konstrukčně ucelená (kompaktní). Vyznačují se klidným a tichým chodem a mohou být navržena jako samosvorný převod.

Nevýhodou je velký skluz v ozubení, který způsobuje vyšší ztráty třením, a tím i nižší účinnost převodu; snaha o zlepšení nutí k použití deficitních neželezných kovů na věnce šnekových kol. Výroba ozubení je náročnější a dražší a jeho životnost bývá vinou opotřebení nižší než u soukolí valivých.

Používají se jako výkonové převody pro míchačky, karusely, vozidla a zdvihadla, textilní stroje, lisy, dopravníky, nůžky, bubny, výtahy, náhony lodního šroubu, hoblovky, obráběcí stroje, automobily...

V tomto výpočtu jsou řešena nejčastěji používaná soukolí s válcovým šnekem a globoidním kolem.

Geometrie

Šnekové soukolí je speciálním případem šroubového soukolí s úhlem os 90° a s nízkým počtem zubů pastorku/šneku (většinou z1=1 - 4). Podle tvaru rozeznáváme na:

1. Válcové kolo / válcový šnek (kinematické, nesilové převody, malý krouticí moment, ruční pohon, stavěcí mechanismy, dotyk zubů bodový, levná výroba)
2. Válcový šnek / globoidní kolo - nejčastější (silové převody, kompaktnost, dělení podle tvaru válcového šneku viz dále)
3. Globoidní šnek / válcové kolo (nepoužívá se)
4. Kolo i šnek globoidní (vysoké výkony, kompaktnost, speciální výroba, nejkvalitnější, vysoká cena)

Typy válcových šneků:

• ZA - spirální, s přímkovým (lichoběžníkovým) profilem zubu v osovém řezu, v normálovém řezu jsou boky zubů mírně vypouklé, příčný řez vede k Archimédově spirále. Normalizovány bývají prvky v osovém řezu, tj. mx = m, ax = a. Ozubení se vyrábí na soustruhu nebo na závitořezných strojích (šnek připomíná pohybový šroub se závitem lichoběžníkového profilu). Nůž s tvarem základního profilu se přikládá k obrobku v osové rovině. Při větších úhlech g vznikají u tvarového nože na bočních břitech odlišné úhly řezu, což vede k nestejnému namáhání a otupování ostří. Boční plochy šneku lze brousit jen za použití speciálního tvarového brousicího kotouče. Spirální ozubení se proto používá u šneků s malým úhlem stoupání (g<10°) a to v případech, kdy boky zubů se tepelně neupravují a nevyžadují přebroušení
• ZN - šnek s přímkovým profilem v normálném řezu zubu a to:
  a) Na střední šroubovici mezery

  b) Na střední šroubovici zubu
  V osovém řezu jsou boky zubů mírně vypouklé, příčný řez vede k obecné evolventní křivce (k prodloužené nebo zkrácené evolventě). Normalizovány jsou prvky v rovině normálové, tj. mn = m, an = a. Ozubení se soustruží v případě a) jedním, v případě b) dvěma tvarovými noži v normálové rovině. Úhly řezu jsou tu stejné i při velkých úhlech g. Tepelně zpracované boky lze brousit kotoučem s přímkovými površkami na závitových bruskách; toto broušení vede k nepřímkovým bočním plochám, které jsou však velmi blízké plochám teoretickým. Jestliže se tomuto broušení podrobí i šroubová fréza, kterou se vyrábí ozubení šnekového kola, vytvářejí šnek i šnekové kolo teoreticky správnou sdruženou dvojici. Obecné ozubení je vhodné i pro šneky s větším úhlem g a pro šneky s tepelně upravovanými boky zubů, které vyžadují přebroušení.

• ZI - šnek s evolventním profilem (přímkový profil zubu v rovině tečné k základnímu válci). V osovém i normálovém řezu jsou boky zubů vypouklé, příčný řez vede k evolventě. Normalizovány jsou prvky v rovině normálové, tj. mn = m, an = a. Ozubení se soustruží dvěma noži přiloženými k obrobku. Ostří nožů leží ve směru tečny ke šroubovici na základním válci. Evolventní ozubení se používá u šneků s větším počtem zubů, např. z1 > 4 ; šnek připomíná šikmozubé kolo válcové. Boky zubů lze brousit plochou stranou brousicího kotouče, vzhledem k relativně malému úhlu g je nutno použít speciálních brusek.
• ZK - profil tvořený kuželovou plochou broušenou kotoučovým, resp. stopkovým nástrojem
• ZH - konkávní profil zubů (nejdokonalejší a nejdražší)

Poznámka: Volba typu šneku je závislá především na výrobních možnostech a použití převodu. Podrobné informace naleznete v odborné a firemní literatuře.

Použité vzorce (výpočet geometrie)

Pro výpočet geometrie jsou použité vzorce uvedené v tomto odstavci.

1-Osový řez (mx, ax, sx, ex) , 2-Normálový řez (mn, an, sn, en), 3-Čelní řez šneku

Parametry základního profilu šneku: m (DP pro palcový výpočet), a, ha*, c*, rf* Pro spirální ozubení ZA se volí modul a úhel záběru v osovém řezu, pro obecné ozubení ZN,ZI,ZK,ZH se volí modul a úhel záběru v normálném řezu.
Parametry šneku a šnekového kola: z1, z2, x1=0, x2=x

1. Převodový poměr
   i=z1 / z2
2. Roztečný průměr
   ZA: d1=mx • z1 / tan(g) = q • mx; d2=mx • z2
   ZN: d1=mn • z1 / tan(g) = q • mn; d2=mn • z2
3. Valivý průměr
   ZA: dw1=d1+2 • x • mx; dw2=d2
   ZN: dw1=d1+2 • x • mn; dw2=d2
4. Náhradní průměr: dwe2=2 • a - d2
5. Střední průměr: DIN (10): dm1=2 • a - dm2;   (11) dm1=q • mx
6. Hlavový průměr
   ZA: da1=d1 + 2 • ha* • mx; da2=d2 + 2 • (ha* + x) • mx; dae2 = da2 + 2 • v • mx
   ZN: da1=d1 + 2 • ha* • mn; da2=d2 + 2 • (ha* + x) • mn; dae2 = da2 + 2 • v • mn
7. Patní průměr
   ZA: df1=d1 - 2 • (ha* + c*) • mx; df2=d2 - 2 • (ha* + c* - x) • mx

   ZN: df1=d1 - 2 • (ha* + c*) • mn; df2=d2 - 2 • (ha* + c* - x) • mn

8. Výška hlavy zubů
   ZA: ha1=ha* • mx; ha2=(ha* + x) • mx
   ZN: ha1=ha* • mn; ha2=(ha* + x) • mn
9. Výška paty zubů
   ZA: hf1=(ha* + c*) • mx; hf2=(ha* + c* - x) • mx
   ZN: hf1=(ha* + c*) • mn; hf2=(ha* + c* - x) • mn
10. Úhel stoupání
    ZA: tan(g)=mx • z1 / d1 = z1 / q
    ZN: tan(g)=mx • z1 / d1 = z1 / q
11. Tloušťka zubů, Šířka zubové mezery
    ZA: sx1=ex1=0.5 • p • mx; sn1=en1=0.5 • p • mx • cos(g);
          sx2=0.5 • p • mx + 2 • x • mx • tan(ax); ex2=0.5 • p • mx - 2 • x • mx • tan(ax); sn2=sx2 • cos(g); en2=ex2 • cos(g)
    ZN: sn1=en1=0.5 • p • mn; sx1=ex1=0.5 • p • mn / cos(g)
          sn2=0.5 • p • mn + 2 • x • mn • tan(an); en2=0.5 • p • mn - 2 • x • mn • tan(an); sx2=sn2 / cos(g); ex2=en2 / cos(g)
12. Délka šneku
    ČSN(ZA): [z1<4] L=(11 + 0.06 • z2) • mx; [z1>=4] L=(11 + 0.09 • z2) • mx
    ČSN(ZN): [z1<4] L=(11 + 0.06 • z2) • mn; [z1>=4] L=(11 + 0.09 • z2) • mn
    DIN (40): L=((de2 / 2)^2 -(a - da1 / 2)^2)^0.5
13. Šířka kola
    ČSN: [z1<4] b2=0.75 • (1 + 2 / q) • d1; [z1>=4] b2=0.67 • (1 + 2 / q) • d1
    DIN: b2<=b2max=2*((dm1/2)^2-(a-de2/2)^2)^0.5
14. Osová vzdálenost
    ČSN(ZA): a=0.5 • (d1 + d2) + x • mx; a=0.5 • mx • (q + z2 + 2 • x)
    ČSN(ZN): a=0.5 • (d1 + d2) + x • mn; a=0.5 • mx • (q + z2 / cos(g) + 2 • x)
    DIN: a=(dm1 + dm2) / 2; a = (dwe1 + d2) / 2

Poznámka: V odstavci [12] je uveden výpočet rozměrů podle AGMA 6022-C93. Jelikož návrh šnekového soukolí dovoluje značnou volnost, mohou být některé rozměrové parametry odlišné v obou výpočtech, protože každá norma může doporučovat jinak volbu některých parametrů. Jedná se především o parametry profilu zubu [3.0] a parametry průměru šneku [4.11].

Silové poměry.

Pro výpočet sil vznikajících v ozubení jsou použity následující vzorce.

Ftm1=2000 • T2 / (dm1 • hges • z1 / z1) = -Fxm2
Ftm2=2000 • T2 / dm2 =-Fxm1
Frm1 = -Frm2 = Ftm1 • tan(a) / sin(g + r)
Fr1 = (Ftm1^2 + Frm1^2)^0.5
Fr2 = (Ftm2^2 + Frm2^2)^0.5

Účinnost šnekového převodu.

Celkovou ztrátu výkonu ve šnekovém převodu je možné rozdělit na ztrátu v ozubení, ztráty v ložiskách a ztráty v těsnění.  Ztráty spojené s případnou mazací soustavou a chlazením převodu nejsou ve výpočtu uvažovány. Účinnost ozubení je definována jako poměr hnaného a hnacího členu a je rozdílná v případě, že je hnacím členem šnek (index 1) a nebo kolo (index 2).

Hnacím členem je šnek

Účinnost ozubení hz = tan(g) / tan(g + rz)
kde:
g...úhel stoupání
r...třecí úhel r=atan(m)

S rostoucím úhlem stoupání (při daném třecím úhlu) účinnost nejprve rychle stoupá, přechází v plochou křivku a opět rychle klesá (viz obrázek)
Vrchol křivky je uprostřed intervalu [0; 90-r] a teoretická maximální účinnost šnekového soukolí je potom vyjádřena vztahem:
hmax =  tan(45-r/2) / tan(45+r/2)

Na svislé ose je účinnost soukolí, na vodorovné je úhel stoupání a jednotlivé křivky jsou pro různé koeficienty tření.

Prakticky se používá úhel stoupání pro šnek ZA do 10°, pro obecné šneky ZN, ZI do hodnoty 20-25° a to především z výrobních důvodů. Snaha o co největší účinnost potom vede k použití vyšších úhlů stoupání, což je možné dosáhnout snižováním průměru šneku a použitím šneků vícechodých.

Hnacím členem je kolo

U silových převodů se toto konstrukční uspořádání prakticky nepoužívá.
Účinnost ozubení: hz = P1 / P2 = tan(g - r) / tan(g)

Samosvornost

Důležitý však je v tomto případě průsečík křivky s vodorovnou osou (označen červeně), který definuje mez samosvornosti, což je případ kdy sebevětším momentem působícím na šnekové kolo není možné uvést soukolí do pohybu (je používáno například u zdvihacích mechanismů). Mez samosvornosti nastává v okamžiku kdy je úhel stoupání roven třecímu úhlu.

V praxi rozlišujeme minimálně:

• Samosvornost statickou - Statický koeficient tření je výrazně větší než dynamický (2 a vícekrát) proto statická samosvornost nastává typicky při 5-8°
• Samosvornost dynamickou - Při chvění nebo otřesech převodu je nutné počítat s dynamickým koeficientem tření, u kterého nastává samosvornost typicky při 1-3°

Součinitel tření

Součinitel tření nejvíce ovlivňuje účinnost převodu. Je závislý na celé řadě parametrů (materiál, povrch, mazivo, rychlost, velikost). Je počítán ze vzorce:
mzm = m0T • YS • YG • YW • YR; výpočet řádky [6.1-6.7]

Celková účinnost

Do výpočtu celkové účinnosti jsou pak zahrnuty ztráty v ložiskách, v těsnění a ztráty při chodu naprázdno a počítá se podle vzorce:
hges = Pw2 / (Pw2 + PV), kde PV je celkový ztrátový výkon; výpočet řádky [6.9-6.15]

Odolnost proti opotřebení SW

Za běhu soukolí dochází k abrazivní ztrátě materiálu, což znamená, že dochází ke snížení tloušťky zubu. Tím trpí především bok zubu z materiálu s nižší tvrdostí (zpravidla kolo). V posledních letech byla provedena řada testů s různými materiály, rozměry a typy olejů s typickým výsledkem viz obrázek.

Příklad křivky otěru v závislosti na kroutícím momentu pro:

Šnek: 16MnCr5E; Kolo: CuSn12Ni-GZ; a=160mm; n1=500; i=20
Křivky:
Minerální olej: a) n40=220 [mm2/s]; b) n40=460 [mm2/s]; c) n40=680 [mm2/s]
Syntetický olej: d) EO:PO=0:1

Z výsledků je zřejmé, že použití syntetických olejů podstatně snižuje opotřebení. Viskozita oleje má vliv pouze u olejů minerálních s tím, že s nízkou viskozitou se opotřebení výrazně zvyšuje.

Opotřebení boku zubu kola dWn je funkcí:

• kombinace použitých materiálů
• použitého typu a struktury oleje
• tloušťky mazacího filmu
• počtu zatěžovacích cyklů

• intenzity zatížení

Krajní hodnota opotřebení dW_limn.

Dovolené opotřebení šnekového kola dW_limn  závisí především na zařízení, ve kterém je šnekový převod použit. Může být určeno například maximální vůlí v ozubení. V každém případě je však dosaženo krajní hodnoty opotřebení na hranici špičatosti zubu. Pokud nejsou dohodnuty/stanoveny konkrétní podmínky, bere se běžně
dW_limn=0.3 • m_x • cos(g_m), výpočet řádek [7.18]
Mezní hodnota opotřebení je v zelené buňce, běžná hodnota je automaticky vyplněna po zaškrtnutí zaškrtávacího pole.

Bezpečnost proti opotřebení SW.

SW = dW_limn / dWn ≥ SWmin (SWmin=1.1)

Je možné ji ovlivnit (zvýšit) volbou nižší požadované životnosti [2.12], volbou kvalitnějšího oleje, volbou vyšší viskosity [2.7, 2.8] a samozřejmě volbou geometrických parametrů.

Odolnost proti pittingu (DIN 3996)

Pulsujícím zatěžováním boků zubu a působením sil kluzného tření vznikají na povrchu zubů únavové trhlinky. Do těchto trhlinek se dostane olej a působením hydrostatických sil dochází k vytrhávání částeček povrchu a tvoření jamek. Následující graf dává náhled vzniku pittingu jako funkci počtu zatěžujících cyklů a osové vzdálenosti. Vzorec pro výpočet vzniku pittingu je založen na řadě výsledků testů a na provozních zkušenostech.

Příklad vzniku pittingu pro různé osové vzdálenosti na základě testů:

Vodorovně: počet zatěžujících cyklů - kolo; Svisle: [%] plochy pittingu z plochy boku zubu
Šnek: 16MnCr5E; Kolo: CuSn12Ni-GZ; Syntetický olej; n1=500; i=20; dHm = 330 MPa
Křivky: A) a=160 [mm]; B) a=100 [mm]; C) a=65 [mm]

Pro kontrolu bezpečnosti jsou použity následující základní vzorce:

Napětí v dotyku sHm

Krajní napětí v dotyku sHG

Bezpečnost proti pittingu SH

SH = sHG / sHm ≥ SHmin (SHmin=1.0)

Je možné ji ovlivnit (zvýšit) volbou nižší požadované životnosti [2.12], volbou kvalitnějšího oleje [2.7] a samozřejmě volbou geometrických parametrů.

Průhyb hřídele (DIN 3996)

Příliš velký a dynamicky se měnící průhyb šneku může vést k interferencím a tím i ke zvýšenému opotřebení.

Průhyb hřídele šneku

Tip: Pro závěrečné přesné stanovení průhybu hřídele šneku a jeho podrobnější analýzu je možné s výhodou použít výpočetní modul pro návrh a kontrolu hřídelí.

Dovolený průhyb hřídele šneku

Hodnota dovoleného průhybu byla získána na základě praktických zkušeností.

Bezpečnost proti průhybu Sd

Sd = dlim / dm ≥ Sdmin (Sdmin = 1.0)

Únosnost na patě zubu (DIN 3996)

Pokud dojde k příliš vysokému napětí na patě zubu, zuby kola trpí plastickou deformací, což vede k přesunutí kontaktní oblasti a následnému zlomení zubu. Výzkumy a testy napětí na patě zubu byly prováděny pro různé osové vzdálenosti, převodové poměry, součinitele průměru a různé materiály. Na obrázku jsou výsledky testů a výsledky hodnot počítaných podle DIN 3996.

Únosnost na patě zubu na základě testů:

Vodorovně: počet zatěžujících cyklů - kolo; Svisle: výstupní krouticí moment
Šnek: 16MnCr5E; Kolo: CuSn12Ni-GZ; Syntetický olej; a=120, u=8/20/50.
Zeleně: výpočet DIN, Modře: výsledek testování, pravděpodobnost poruchy 50[%]

Testy ukazují, že výstupní krouticí moment, při kterém dochází k porušení zubu, klesá se stoupajícím převodovým poměrem. Tento moment stoupá při snižujícím se počtu zatěžujících cyklů. Testy zároveň ukazují, že pro kola vyrobená z bronzu před porušením zubu nejprve nastává trvalá plastická deformace.

Smykové napětí:

tF = Ftm2 / (b2H • mx) • Yeps • YF • Yg

Dovolená hodnota smykového napětí:

tFG = tFlim • YNL

Srovnání pevnostního výpočtu podle DIN a AGMA

Pro účely následujících grafů byla použita hodnota max. dovoleného výkonu podle AGMA jako vstupní hodnota výpočtu podle DIN.

šnek: 16MnCrSEh; kolo: GZ-CuSn12Ni; polyglycol (EO:PO=0:1); a = 180 mm; u = 50/2; L = 25000 h

šnek: 16MnCrSEh; kolo: GZ-CuSn12Ni; polyglycol (EO:PO=0:1); a = 180 mm; n1 = 500 rpm; L = 25000 h

šnek: 16MnCrSEh; kolo: GZ-CuSn12Ni; polyglycol (EO:PO=0:1); u = 50/2; n1 = 500 rpm; L = 25000 h

Kontrola oteplení (DIN 3996), Teplotní analýza

Při návrhu převodovky je nutné uvažovat i s teplem, které vzniká uvnitř převodové skříně (účinnost ozubení, tření ložisek, tření v těsnění). Tento parametr není až tak důležitý u čelního nebo kuželového ozubení. Je však důležitý u šnekového převodu. Jelikož je účinnost šnekového převodu podstatně nižší než účinnost čelního či kuželového ozubení, vzniká v ozubení podstatně více tepla, které je nutné odvádět. Proto má kontrola oteplení značný význam pro správný návrh, který zabezpečí funkci převodovky v dovoleném teplotním rozsahu použitého oleje. Často bývá teplotní návrh/kontrola jedním z limitujících faktorů při návrhu převodu.

V tomto výpočtu je kromě orientačního vzorce pro výpočet oteplení podle DIN 3996 uvedena i jednoduchá teplotní analýza. Tato analýza umožňuje výpočet tepla, prostupujícího stěnami převodovky a výpočet tepla odváděného chlazením oleje. Pro návrhy důležitých převodů doporučujeme v každém případě podrobnou termodynamickou analýzu nejlépe spojenou s příslušnými testy.

V této teplotní analýze jsou použity dva základní vzorce

P = k • A • dT

kde:
P.....rozptýlený výkon [kW]
k.....kombinovaný koeficient přestupu tepla (sdílení, záření) [W/m2*K]
A.....vnější plocha převodové skříně [m^2]
dT...teplotní rozdíl mezi teplotou oleje a vnějším prostředím [°C]

Pro stanovení koeficientu k je možné nalézt v literatuře řadu doporučení. Vybrané hodnoty naleznete v odstavci [11.12].
Základní plocha A je určena výpočtem jako minimální kvádr bez výstupků a žebrování, do něhož se vejde navržené ozubení, vliv žebrování je pak stanoven koeficientem.

P = c • ro • Q • dT

kde:
P.....výkon chladiče [kW]
c.....měrná tepelná kapacita oleje [Ws/Kg/°K]
ro...měrná hmotnost oleje [kg/dm3]
Q...množství protékajícího oleje [litr/s]
dT..teplotní rozdíl mezi olejem vystupujícím z převodové skříně a ochlazeným olejem vstupujícím zpět.

Poznámka: Při návrhu je nutné brát v úvahu i časové zatížení převodu. Tento výpočet uvažuje s trvalým zatížením. Pokud je zatížení časově proměnné nebo občasné, je nutné tyto podmínky zohlednit i v teplotní analýze.

Postup výpočtu.

Převody ozubenými koly rozdělujeme na:

Silová soukolí - U soukolí, určeného především pro přenos a transformaci výkonu, je nutné provádět pevnostní návrh/kontrolu (Například pohony strojů, průmyslové převodovky..).
Nesilová soukolí - U soukolí, u něhož je přenášený krouticí moment minimální vzhledem k velikosti kol, není třeba provádět pevnostní návrh/kontrolu (Například přístroje, regulační technika..).

Návrh silového soukolí.

Úloha návrhu šnekového ozubení umožňuje značnou volnost ve volbě průměrových a šířkových parametrů ozubených kol. Proto výpočet umožňuje vytvořit tabulku vyhovujících řešení a vybírat z této tabulky podle celé řady parametrů jako je hmotnost, osová vzdálenost, účinnost a mnoho dalších.

Postup návrhu:

Tímto postupem získáte tabulku vyhovujících řešení navrhovaného soukolí.

1. Zadejte výkonové parametry převodu (přenášený výkon, otáčky, požadovaný převodový poměr). [1.0]
2. Zvolte materiál pastorku a kola, zvolte režim zatížení, provozní a výrobní parametry a koeficienty bezpečnosti. [2.0]
3. Zvolte parametry profilu zubu [3.0]
4. Zvolte okrajové parametry pro výpočet tabulky vyhovujících řešení. [4.2, 4.3, 4.4, 4.5]
5. Stiskněte tlačítko "Spustit návrh".
6. Vyberte z tabulky [4.7] to řešení, které nejlépe odpovídá vašim požadavkům.
7. Zkontrolujte výsledky.

Optimalizace parametrů:

Ačkoli tabulka řešení obsahuje správné návrhy, je vhodné optimalizovat a doladit některé parametry. Jedná se především o osovou vzdálenost [4.23, 4.24] a vzdálenost ložisek šneku [4.16, 4.17].

Návrh ozubení na přesnou osovou vzdálenost:

U silového soukolí je nejvhodnější:

1. Provést standardní návrh (viz výše)
2. Setřídit tabulku řešení podle osové vzdálenosti [4.5]
3. Vybrat v tabulce řešení nejbližší vhodnou osovou vzdálenost k požadované osové vzdálenosti
4. Doladit osovou vzdálenost [4.23, 4.24]

Pro nesilová soukolí je možné použít ještě pomocného výpočtu [16.0].

Návrh nesilového soukolí.

Při návrhu nesilového soukolí není třeba řešit a kontrolovat pevnostní parametry. Zvolte proto přímo vhodný počet zubů a modul [4.8 - 4.20] a kontrolujte rozměry navrhovaného ozubení.

Tip: Při návrhu nesilového soukolí zvolte vhodně malý přenášený výkon.

Volba základních vstupních parametrů. [1]

V tomto odstavci zadejte základní vstupní parametry navrhovaného ozubení.

1.1 Jednotky výpočtu

Ve výběrovém seznamu vyberte požadovanou soustavu jednotek výpočtu. Při přepnutí jednotek budou okamžitě přepočítány všechny hodnoty.

1.2 Poháněný šnek / šnekové kolo

Ve výběrovém seznamu zvolte poháněný element (šnek nebo kolo).

1.3 Přenášený výkon.

Zadejte požadovaný výkon na šnekovém kole. Běžné hodnoty se pohybují v rozsahu 0.1 - 300 kW / 0.14-420 HP, v extrémních případech až 1000 kW / 1400 HP. Tlačítkem vpravo dopočítáte maximální výkon, který je dané šnekové soukolí schopné přenášet.

1.4 Otáčky šneku / kola.

Zadejte otáčky šneku. Běžné otáčky šneku do 3000 /min, extrémní otáčky mohou být až 40 000 /min. Otáčky šnekového kola jsou spočítány z počtu zubů obou kol.

Tip: Pokud potřebujete dopočítat převodový poměr a znáte otáčky šneku a kola, stiskněte tlačítko vpravo od vstupního pole a příslušný výpočet proveďte v kapitole doplňků.

1.5 Krouticí moment.

Je výsledek výpočtu a není možné jej zadávat. 

Tip: Pokud potřebujete zjistit přenášený výkon z krouticího momentu a otáček, stiskněte tlačítko napravo a příslušný výpočet proveďte v kapitole doplňků.

1.6 Převodový poměr.

Optimální převodový poměr se pohybuje v rozsahu 5-100. V extrémních případech může dosahovat až hodnoty 300 (1000 nesilová soukolí). Převodový poměr zadáváte v levém vstupním políčku z klávesnice. V pravém rozbalovacím seznamu jsou doporučené hodnoty převodového poměru a při výběru z tohoto seznamu je vybraná hodnota automaticky doplněna do políčka vlevo.

1.7 Skutečný převodový poměr.

Jelikož skutečný převodový poměr je podíl počtu zubů obou kol (celá čísla), bude většinou skutečný převodový poměr odlišný od požadovaného (zadaného). Hodnota "Skutečného převodového poměru je uvedena vlevo, napravo je pak procentuální odchylka od převodového poměru požadovaného.

Tip: Jestliže potřebujete navrhnout převod s co nejpřesnějším převodovým poměrem nebo potřebujete rozdělit převodový poměr mezi více stupňů převodovky, použijte "Výpočet převodového poměru".

Volba materiálů, režimu zatížení, provozních a výrobních parametrů. [2]

Při návrhu silového převodu zadejte v tomto odstavci další doplňující provozní a výrobní vstupní parametry. Snažte se být při volbě a zadávání těchto parametrů co nejpřesnější, protože každý z parametrů může mít dramatický vliv na vlastnosti navrhovaného soukolí.

2.1, 2.2 Materiál šneku/kola.

Únosnost šnekových soukolí je omezena různými podmínkami:

• Tvorbou pittingů na bocích zubů kola
• Opotřebením boků zubů
• Únavovým lomem na patě zubu
• Průhybem hřídele
• Oteplením oleje

Těmto podmínkám musí být přizpůsobena volba materiálu šneku a kola. Volí se většinou tvrzený a broušený šnek proti kolu z cínového či fosforového bronzu.

Materiál  šnekového kola

Základním materiálem je bronz, méně častá je litina nebo mosaz. Kola z umělých hmot se používají pro nižší výkony (tlumí rázy, nízká hlučnost) a nesilové převody. Bronzová kola se vyrábějí z úsporných důvodů jako skládaná (bronzový věnec nasazen na ocelovém, či litinovém kole). Vhodné je odstředivé lití.

Optimální jsou bronzy cínové s vysokým obsahem Sn 10-12% (výborné třecí vlastnosti, vysoká odolnost proti zadírání a dobrá zabíhavost), jsou však drahé. Jejich použití lze zdůvodnit pouze u namáhaných převodů a při kluzné rychlosti větší než 10 m/s. I v těchto případech je však snaha o jejich náhradu bronzem Sn-Ni a jinými. Pro rychlosti v = 4 - 10 m/s je možné použít bronzy s nižším obsahem Sn (5 - 6 %).

Při rychlostech v < 4 m/s jsou vhodné levnější bronzy bez přísady cínu, např. bronz hliníkový nebo olověný a mosaz. Mají poměrně velkou tvrdost a pevnost, jsou však méně odolné proti zadírání a hůře se zabíhají. Spoluzabírající šnek proto musí mít vysokou tvrdost povrchu (HRC > 45). U soukolí s rozměrným šnekovým kolem je možno z úsporných důvodů použít kombinace bronzový šnek a litinové kolo.

Pro malé výkony, klidné zatížení a malé obvodové rychlosti do 2 m/s je možné použít šedou litinu ve dvojici s ocelovým šnekem.

Materiál šneku

Pro šneky se používá uhlíková nebo legovaná ocel, která umožňuje tepelné vytvrzení povrchu (kalení na HRC 45-50, cementování a kalení na HRC 56-62 a nitridování). Boky zubů se brousí, popřípadě leští. Při nitridaci může odpadnout broušení a stačí jen leštit. Ocelové šneky ve stavu zušlechtěném nebo normalizačně žíhaném se používají jen pro menší výkony a nižší obvodové rychlosti.

Vlastní materiálové hodnoty - Pokud chcete použít na výrobu ozubení materiál, který není v dodané tabulce materiálů, je nutné zadat o vlastním materiálu řadu údajů. Přepněte se do listu "Materiály". Prvních 5 řádků v materiálové tabulce je vyhrazeno pro definici vlastních materiálů. Ve sloupci určeném pro pojmenování materiálu zadejte jméno materiálu (bude zobrazováno ve výběrovém listu) a postupně vyplňte všechny parametry na řádku (bílá políčka). Po vyplnění se přepněte zpět do listu "Výpočet", vyberte nově definovaný materiál a pokračujte ve výpočtu.

Upozornění: Vlastní materiálové hodnoty je nutné zadávat v jednotkách SI (MPa, GPa).

Upozornění: Výpočet podle DIN 3996 je založen na průzkumu a testech šnekového ozubení pro kalený, cementovaný šnek z materiálu 16MnCr5 (DIN EN 10084) a šnekové kolo z materiálů:
Bronz - CuSn12-C-GZ, CuSn12Ni2-C-GZ (odstředivé lití / Schleuderguss / centrifugal cast), CuSn12Ni2-C-GC (plynulé lití / Strangguss / continuous casting), CuAl10Fe5Ni5-C-GZ (DIN EN 1982), Šedá litina EN-GJS-400-15 (DIN EN 1563), EN-GJL-250 (DIN EN 1561). Pro jiné materiály je nutné výsledky vhodným  způsobem transponovat.

2.3 Typ šneku

Zvolte typ šneku. Podrobnosti o typech šneku naleznete v teoretické části nápovědy.

2.4 Zatěžování převodovky, hnací stroj - příklady.

Nastavení těchto parametrů podstatně ovlivňuje výpočet koeficientů bezpečnosti. Proto se snažte o co nejlepší specifikaci při výběrů typu zatížení. Příklady hnacích strojů:

1. Plynulé: elektromotor, parní turbína, plynová turbína
2. S malou nerovnoměrností: hydromotor, parní turbína, plynová turbína
3. Se střední nerovnoměrností: víceválcový spalovací motor
4. S velkou nerovnoměrností: jednoválcový spalovací motor

2.5 Zatěžování převodovky, poháněný stroj - příklady:

Nastavení těchto parametrů podstatně ovlivňuje výpočet koeficientů bezpečnosti. Proto se snažte o co nejlepší specifikaci při výběrů typu zatížení. Příklady hnaných strojů:

1. Plynulé: generátor, dopravník (pásový, deskový, šnekový), lehký výtah, soukolí posuvu obráběcího stroje, větrák, turbodmychadlo, turbokompresor, míchadlo na materiál konstantní hustoty
2. S malou nerovnoměrností: generátor, zubové čerpadlo, rotační čerpadlo
3. Se střední nerovnoměrností: hlavní pohon obráběcího stroje, těžký výtah, otoč jeřábu, důlní větrák, míchadlo na materiál s proměnnou hustotou, víceválcové pístové čerpadlo, napáječka
4. S velkými rázy: lis, nůžky, kalandr na pryž, válcovací stolice, lopatové rýpadlo, těžká odstředivka, těžká napáječka, vrtná soustava, briketovací lis, hnětací stroj

2.6 Způsob mazání a chlazení

Způsob mazání soukolí a chlazení převodové skříně (nebo oleje při tlakovém mazání) je závislé na celé řadě podmínek jako je přenášený výkon, převodový poměr, otáčky, materiál, konstrukce převodové skříně, určení atd. Při návrhu je možné vycházet z obvodové rychlosti šneku, při konečné konstrukci je však třeba zohlednit všechny podmínky.

Volba způsobu mazání v závislosti na obvodové rychlosti šneku.

Brodění: 0-4 [m/s] (0-13 [ft/s])
Ostřikem: 2-10 [m/s] (6-33 [ft/s])
Tlakové oběžné mazání: 8 a více [m/s] (25 [ft/s])

2.7 Typ oleje

Pro méně namáhané převody je možné možné volit olej minerální, při vyšších rychlostech, větších přenášených výkonech a vyšších požadavcích na efektivitu je vhodnější použití oleje syntetického.

Některé výhody syntetických olejů

• Snížení celkových ztrát o 30% a více (menší a úspornější pohonná jednotka)
• Zvýšení účinnosti o 15% a více (menší rozměry)
• Snížení pracovní teploty oleje až o 20ºC (68ºF)
• Zvýšení intervalu pro výměnu oleje 3-5x (snížení nákladů na údržbu)
• Snížení tření a opotřebení kola

Naproti tomu stojí vyšší cena, možné problémy s plastovými či pryžovými díly, omezená smíchatelnost s minerálním olejem.

2.8 Označení oleje - výběr

Ve výběrovém seznamu jsou oleje seřazené podle stupně viskozity ISO (AGMA). Výběrem oleje ze seznamu jsou přeneseny parametry vybraného oleje do odpovídajících buněk (viskozita při 40 °C, viskozita při 100 °C, měrná hmotnost [kg/dm^3]). Pokud znáte parametry oleje z materiálového listu výrobce, zadejte parametry do odpovídajících buněk [2.9, 2.10].

Tabulka: Doporučené hodnoty pro volbu viskosity v [mm^2/s] (cSt)

Srovnávací tabulka AGMA-ISO

2.9 Kinematická viskozita při 40°C a 100°C

Zadejte hodnotu z materiálového listu výrobce oleje.

2.10 Měrná hmotnost maziva při 15°C

Zadejte hodnotu z materiálového listu výrobce oleje.

2.11 Střední hodnota drsnosti šneku

Zadejte hodnotu drsnosti. Pro použitelné způsoby obrábění je možné dosáhnout Ra:

• Frézování: běžně Ra=1.6-6.3 mm (63-250minch); za speciálních podmínek až 0.2mm (8minch)
• Soustružení: běžně Ra=0.8-6.3 mm (32-250minch); za speciálních podmínek až 0.1mm (4minch)
• Broušení: běžně Ra=0.2-1.6 mm (8-63minch); za speciálních podmínek až 0.05mm (2minch)

2.12 Součinitel vnějších dynamických sil

Je navržen na základě nerovnoměrnosti zatížení od hnaného / hnacího stroje [2.4, 2.5]. Po zaškrtnutí zaškrtávacího tlačítka je vyplněna hodnota automaticky. Součinitelem KA je násobena hodnota krouticího momentu.

2.13 Požadovaná životnost.

Parametr určuje požadovanou životnost v hodinách. Orientační hodnoty v hodinách jsou uvedené v tabulce.

2.14 Požadované koeficienty bezpečnosti

Na řádcích [2.14-2.17] zadejte požadované koeficienty bezpečnosti. Při výpočtu tabulky vyhovujících řešení [4.1] budou do tabulky zařazena pouze ta řešení, která splní požadované koeficienty bezpečnosti. Doporučené hodnoty jsou uvedeny vpravo od vstupního pole.

Parametry profilu zubu. [3]

Parametry profilu ozubení je možné měnit v širokém rozsahu a jsou často závislé na výrobních možnostech. Běžně se používají následující hodnoty:

Součinitel výšky hlavy zubu ha* = 1.0
Jednotková hlavová vůle ca* = 0.25 (0.2, 0.3)
Koeficient zaoblení paty zubu rf* = 0.38

Poznámka: Hodnoty jsou zadávané v jednotkách modulu, což je pro ZA šnek hodnota mx (osový modul) a pro šneky ZN, ZI, ZK a ZH je to hodnota mn (normálný modul).

Návrh geometrie ozubení. [4]

Toto je ústřední odstavec celého výpočtu a návrhu geometrie šnekového soukolí. Je rozdělen na tři části, které spolu velmi úzce souvisí.

1. Návrh tabulky vyhovujících řešení [4.1-4.7]
2. Přímý návrh geometrie [4.8-4.22]
3. Návrh (doladění) přesné osové vzdálenosti [4.23-4.25]

Doporučení: U návrhu silového soukolí doporučujeme v každém případě využít "Tabulky vyhovujících řešení". Pro nesilové převody nebo u převodů, u kterých znáte geometrii, je možné zadávat parametry přímo ve druhé části.

4.1 Tabulka vyhovujících řešení

Tabulka vyhovujících řešení je vytvořena následovně: Do výpočtu jsou postupně dosazeny počty chodů šneku (rozsah nastavíte v [4.3]), pro každou hodnotu je postupně dosazen součinitel průměru šneku q (rozsah nastavíte v [4.4]) a pro každou tuto kombinaci je hledána minimální hodnota modulu (resp. maximální hodnota DP pro palcové jednotky), která splňuje požadované koeficienty bezpečnosti (vyberete na [4.2]). Po nalezení všech vyhovujících řešení je tabulka setříděna podle parametru nastaveného na řádce [4.5] a do výpočtu je vloženo první řešení z tabulky [4.7].

Zahájení výpočtu tabulky spustíte tlačítkem "Spustit návrh". Postup výpočtu je zobrazen v dialogu.

Upozornění: Do tabulky řešení je ukládána i hodnota převodového poměru [1.6], úhlu záběru [4.10] a jednotkového posunutí kola [4.21]. Při výběru z tabulky [4.7] jsou tyto hodnoty nastaveny na hodnoty uložené. Proto při změně těchto parametrů přepočítejte znovu tabulku vyhovujících řešení.

4.2 Kontrolovat bezpečnost

V tomto řádku zaškrtněte, který typ bezpečnosti musí být splněn, aby řešení bylo zahrnuto do tabulky řešení. Velikost koeficientů nastavíte na řádcích [2.14 - 2.17]. Doporučujeme mít zapnutou kontrolu všech koeficientů.

4.3 Rozsah z1 od - do

V tomto řádku zadejte pro jaký rozsah počtu chodů šneku z1 má být tabulka řešena. Běžně se používá z1=1~4 (pro vyšší převodový poměr vyšší počet chodů šneku z1).
Rozsah povolených hodnot je z1=1~12, první hodnota musí být menší nebo rovna druhé hodnotě.

4.4 Rozsah q od - do

V tomto řádku zadejte pro jaký rozsah součinitele průměru šneku q má být tabulka řešena. Běžně se používá q=8-16 (pro menší modul vyšší hodnota q).
Rozsah povolených hodnot je q=6~25, první hodnota musí být menší nebo rovna druhé hodnotě.

4.5 Třídit výsledky podle parametru

Vyberte, podle kterého sloupce tabulky má být tabulka setříděna.

4.6 Tabulka řešení

Výběrem řešení z tabulky se přenesou parametry řešení do výpočtu. Malé tlačítko "<" napravo přenese do výpočtu hodnoty z aktuálního řádku tabulky.

Tabulka obsahuje následující parametry:

• z1 - Počet zubů šneku
• z2 - Počet zubů kola
• i - Převodový poměr
• n2 - Otáčky kola
• q - Součinitel průměru šneku         
• m - Modul
• DP - Diametral pitch
• eta - Účinnost
• gama - Úhel stoupání
• a - Osová vzdálenost
• d1 - Průměr roztečné kružnice šneku
• d2 - Průměr roztečné kružnice kola
• mass - Přibližná hmotnost převodovky
• SW - Koeficient bezpečnosti opotřebení
• SH - Koeficient bezpečnosti zadírání
• Sd - Koeficient bezpečnosti průhyb
• SF - Koeficient bezpečnosti únavový lom
• ST - Koeficient bezpečnosti teplota

Upozornění: Do tabulky řešení je ukládána i hodnota převodového poměru [1.6], úhlu záběru [4.10] a jednotkového posunutí kola [4.21]. Při výběru z tabulky [4.7] jsou tyto hodnoty nastaveny na hodnoty uložené. Proto při změně těchto parametrů přepočítejte znovu tabulku vyhovujících řešení.

4.8 Návrh geometrie.

V této části můžete přímo definovat všechny důležité parametry šnekového soukolí, které přímo ovlivňují a definují jeho geometrii. Popis a význam jednotlivých parametrů je uveden u každého z nich.

4.9 Počty zubů šneku / šnekového kola

Zadejte počet zubů (chodů) šneku. Běžně se používá hodnota v rozsahu 1 až 4, ve zvláštních případech může být až 12. Pro vhodnou volbu počtu zubů doporučujeme výběr z tabulky řešení [4.6] na základě vašich optimalizačních požadavků (například hmotnost, účinnost, osová vzdálenost...). V každém případě je vhodné konzultovat s technologem výrobní možnosti.

Počet zubů šnekového kola je dopočítán na základě požadovaného převodového poměru. Počet zubů kola musí nabývat určité minimální hodnoty, jinak by docházelo k podříznutí zubu. Pokud taková situace nastane, je zobrazena v závorce minimální hodnota a text buňky je zobrazen červeně.

Tip: Minimální počet zubů šnekového kola je možné měnit vhodnou volbou korekce [4.21].

Tip: Jestliže znáte počty zubů šneku a šnekového kola a potřebujete dopočítat převodový poměr, stiskněte tlačítko vpravo od vstupního pole a příslušný výpočet proveďte v kapitole doplňků.

4.10 Úhel záběru

Pro šnek typu ZA je zadáván osový úhel záběru, pro ostatní typy (ZN,ZI,ZK,ZH) je zadáván úhel záběru normálný. Úhel záběru se volí z rozsahu 15º až 30º.

Běžně se používá hodnota 20º. Úhel záběru je možné volit v závislosti na požadavcích na konstruované zařízení. Větší úhel záběru vede ke zvýšené bezpečnosti proti únavovému lomu (SF) a snížení nebezpečí podřezání zubů kola. Na druhé straně větší úhel záběru snižuje počet zubů v záběru, zvyšuje zatížení ložisek a zvyšuje zatížení šneku na ohyb (větší průhyb šneku). Úhel záběru je také možné volit v závislosti na úhlu stoupání [4.13] s tím, že pro větší úhel stoupání se volí větší úhel záběru.

Minimální počet zubů kola v závislosti na úhlu záběru při nulové korekci ozubení (tabulka v nápovědě).

4.11 Součinitel průměru šneku

q = d1 / m

Při zvoleném počtu zubů šneku z1 a známé hodnotě modulu (mx resp. mn) je průměr šneku d1 prakticky libovolný, pokud se nepožaduje určitá hodnota úhlu stoupání g. Ve snaze o co nejmenší počet šroubových fréz na výrobu ozubení šnekových kol doporučují výrobci volit d1 = q • m, kde q je součinitel závislý na velikosti normalizovaného modulu m. S ohledem na ohybovou tuhost šneku se přiřazují k malým m větší hodnoty q.

Poznámka: Jelikož spolu souvisí součinitel průměru šneku, průměr šneku a úhel stoupání, [4.11, 4.12, 4.13] je možné zadávat každou z těchto hodnot. Pro výběr vstupu zaškrtněte výběrové tlačítko na příslušném řádku.

4.12 Průměr roztečné kružnice šneku

d1 = q • m

Pokud potřebujete zadat přesnou hodnotu průměru šneku, aktivujte vstupní pole zaškrtnutím výběrového tlačítka. Doporučená přibližná hodnota d1 v závislosti na modulu a počtu zubů šneku je uvedena napravo od vstupního pole.

Poznámka: Jelikož spolu souvisí součinitel průměru šneku, průměr šneku a úhel stoupání, [4.11, 4.12, 4.13] je možné zadávat každou z těchto hodnot. Pro výběr vstupu zaškrtněte výběrové tlačítko na příslušném řádku.

4.13 Úhel stoupání

Úhel stoupání je jedním z klíčových parametrů šnekového ozubení, který úzce souvisí s rozměry šneku a s účinností převodu. S rostoucím úhlem stoupání roste i účinnost (detaily v kapitole o účinnosti).
Důležitý úhel stoupání je na mezi samosvornosti (třecí úhel [6.8] je rovný úhlu stoupání). Tento úhel je vyplněn po stisknutí tlačítka "<=SL" vpravo.

Doporučené hodnoty:

6º-40º u šneků vyrobených v celku
do 17º u šneků nasazených na hřídel

Tip: Jelikož volba parametrů dovoluje značnou volnost, není jednoduché zvolit najednou všechny parametry ručně. Doporučujeme proto vybrat z tabulky vyhovujících řešení takové, které nejvíce odpovídá vašim požadavkům, použít je a postupně dolaďovat jednotlivé parametry.

Poznámka: Jelikož spolu souvisí součinitel průměru šneku, průměr šneku a úhel stoupání, [4.11, 4.12, 4.13] je možné zadávat každou z těchto hodnot. Pro výběr vstupu zaškrtněte výběrové tlačítko na příslušném řádku.

4.14 Směr stoupání šroubovice

Zvolte směr stoupání šroubovice. Má vliv pouze na orientaci sil a smysl otáčení. Pokud to nevyžaduje kinematika pohonu, má šnek pravý smysl stoupání.

4.15 Modul ozubení / normalizovaná hodnota / Diametral Pitch (obrácená hodnota modulu)

Modul (DP) je klíčový parametr, který ovlivňuje velikost soukolí a tím i příslušné koeficienty bezpečnosti. V závislosti na zvolených jednotkách výpočtu [1.1] je vyžadován vstup:

Jednotky SI (N, mm, kW…)

Je vyžadován modul ozubení. Osový mx pro typ šneku ZA a normálný mn pro typy ostatní (ZN,ZI,ZK,ZH).

Jednotky Imperial (lbf, in, HP…)

Je vyžadovaná hodnota DP (Diametral Pitch).

Tabulkovou hodnotu je možné vybrat z výběrového seznamu vpravo.

4.17, 4.18 Vzdálenost levého/pravého ložiska šneku

Vzdálenost ložisek od středu šneku (viz. obrázek) má přímý vliv na velikost průhybu šneku a tím i na bezpečnost v průhybu. Na řádku [4.17] zadáváte vzdálenost levého a pravého ložiska od středu kola v procentech vnějšího průměru šnekového kola. Tento způsob volby je automaticky použit při výpočtu tabulky vyhovujících řešení [4.6]. Pokud potřebujete zadat přesnou hodnotu, odškrtněte zaškrtávací políčko na řádku [4.18] a zadejte přesnou hodnotu.

4.19 Délka šneku

Na základě modulu a počtu zubů je délka šneku navržena automaticky. Pokud chcete zadat vlastní hodnotu, odškrtněte zaškrtávací tlačítko vpravo.

4.20 Šířka šnekového kola

Na základě průměru šneku je šířka šnekového kola navržena automaticky. Pokud chcete zadat vlastní hodnotu, odškrtněte zaškrtávací tlačítko vpravo.

4.21 Jednotkové posunutí kola

Šnek se vyrábí zásadně bez korekce. Koriguje se pouze šnekové kolo, přičemž hlavní důvod pro použití korekce (posunutí výrobního nástroje) je dosažení požadované (normalizované) osové vzdálenosti. Méně časté je pak použití korekce k odstranění podřezání paty zubu či ke zlepšení ohybové pevnosti zubu.

Napravo od vstupní buňky je minimální hodnota jednotkového posunutí, která zabrání podřezání paty zubu. Pokud je aktuální hodnota menší, je hodnota zobrazena červeně. Minimální jednotkové posunutí závisí na počtu zubů kola [4.9] a na úhlu záběru [4.10].

Tip: Posuvníkem můžete měnit přímo hodnotu korekce.

4.23 Výpočet ozubení na zadanou osovou vzdálenost

Nejčastější úlohou je návrh šnekového převodu se zadanou osovou vzdáleností. Při návrhu doporučujeme následující postup:

1. Spočítat tabulku vyhovujících řešení [4.1]
2. Setřiďte výsledky podle osové vzdálenosti [4.5]
3. Vyberte takové řešení, u kterého bude osová vzdálenost blízko vámi požadované a bude splňovat i ostatní vaše požadavky [4.7]
4. Zadejte požadovanou osovou vzdálenost [4.24]
5. Vyberte způsob dosažení požadované osové vzdálenosti [4.25]
6. Stiskněte tlačítko "Řešit"

4.25 Dosažení osové vzdálenosti změnou parametru

Osovou vzdálenost je možné ovlivnit řadou parametrů. V tomto výpočtu můžete zvolit :

• Změnou modulu (DP pro palcové jednotky)
• Změnou korekce x
• Změnou součinitele průměru šneku q

U každého způsobu je v závorkách "<>" uveden rozsah možné změny parametru a v závorkách "( )" je uveden možný rozsah změny osové vzdálenosti.

4.26 Přibližná hmotnost kompletní převodovky / ozubeného soukolí

V prvním políčku je hmotnost kompletní převodovky (součet hmotnosti převodových kol, hřídelí a skříně převodovky). Ve druhém políčku je hmotnost pouze šneku a kola včetně hřídelí. Při výpočtu hmotnosti převodové skříně je uvažován jako materiál litina.

Poznámka: Ačkoliv je výpočet pouze přibližný, jedná se o velmi vhodný optimalizační parametr.

4.27 Celková účinnost / Maximální teoretická

V prvním políčku je celková účinnost aktuálně navrženého soukolí, v pravém políčku pak teoreticky maximálně možná pro aktuální podmínky (mazání, použité materiály, ložiska atd.).
Celková účinnost je nejvíce ovlivněna úhlem stoupání [4.13], kdy vyšší úhel stoupání vede k vyšší účinnosti.

Tip: Více informací o účinnosti naleznete v teoretické části.

Poznámka: U většiny návrhů bude výhodné dosažení co nejvyšší účinnosti. Jedná se proto o vhodný optimalizační parametr.

Základní rozměry ozubení [5]

V tomto odstavci jsou přehledně vypsány všechny základní rozměrové parametry ozubení. Použité vzorce, obrázky a další informace naleznete v teoretické části nápovědy.

5.10 Vnější průměr šnekového kola

Jedná se o největší průměr šnekového kola, přičemž orientační doporučená hodnota podle DIN 3975 je: de2=da2 + mx, která je také přednastavena. Minimální a maximální hodnota je uvedena v zeleném poli napravo.
Pokud potřebujete zadat vlastní hodnotu odškrtněte zaškrtávací tlačítko na tomto řádku.

Poznámka: Tento rozměr má vliv na vykreslení šnekového kola ve 2D.

Účinnost a ztráty (DIN 3996) [6]

Tento odstavec obsahuje výpočet účinnosti ozubení a výpočet všech souvisejících parametrů. Použité vzorce, obrázky a další informace naleznete v teoretické části nápovědy.

Tip: Účinnost ozubení je možné zlepšit celou řadou parametrů. Jedná se především o volbu materiálu, geometrii (zvýšení úhlu stoupání), kvalitnějším mazivem a snížením drsnosti.

6.11 Ztráty ložisek při zatížení

Jedním z parametrů, který ovlivňuje celkovou účinnost, jsou i ztráty v ložiscích. Tuto hodnotu ovlivňuje typ ložiska i způsob uložení. Ve výběrovém seznamu vyberte, jakým způsobem je uložen hřídel šneku.

1. Hřídel je uložena na obou stranách v pevně uložených ložiscích, každé ložisko zachytává jeden směr axiální síly
2. Ložisko je na jedné straně hřídele plovoucí, na druhé zachytává oba směry axiální síly
3. Kluzná ložiska (součinitel tření je odhadnut pro málo namáhaná ložiska)

Bezpečnost v opotřebení (DIN 3996) [7]

V tomto odstavci je uveden výpočet bezpečnosti v opotřebení. Podrobnější informace jsou v teoretické části nápovědy.

7.18 Krajní hodnota opotřebení boku.

Dovolené opotřebení šnekového kola dWlimn  závisí především na zařízení, ve kterém je šnekový převod použit. Může být určeno například maximální vůlí v ozubení. V každém případě je však dosaženo krajní hodnoty opotřebení na hranici špičatosti zubu. Pokud nejsou dohodnuty/stanoveny konkrétní podmínky, bere se běžně
dW_lim=0.3 • m_x • cos(g_m).
Mezní hodnota opotřebení je v zelené buňce, běžná hodnota je automaticky vyplněna po zaškrtnutí zaškrtávacího pole.

7.19 Bezpečnost proti opotřebení.

Je možné ji ovlivnit (zvýšit) volbou nižší požadované životnosti [2.12], volbou kvalitnějšího oleje, volbou vyšší viskosity [2.7, 2.8] a samozřejmě volbou geometrických parametrů.

Odolnost proti pittingu (DIN 3996) [8]

V tomto odstavci je uveden výpočet bezpečnosti v odolnosti proti pittingu. Podrobnější informace jsou v teoretické části nápovědy.

Průhyb hřídele (DIN 3996) [9]

V odstavci je výpočet průhybu hřídele a reakcí v podporách (zatížení ložisek). Podrobnější informace jsou v teoretické části nápovědy.

Únosnost na patě zubu (DIN 3996) [10]

V tomto odstavci je uveden výpočet únosnosti na patě zubu. Podrobnější informace jsou v teoretické části nápovědy.

10.4 Tloušťka ozubeného věnce

Zadejte tloušťku ozubeného věnce kola. Automaticky je doplněna minimální doporučená hodnota tak, aby součinitel tloušťky ozubeného věnce YK=1.0

10.6 Součinitel životnosti / Stupeň přesnosti

Vyšší součinitel součinitele životnosti je podmíněn většími plastickými deformacemi, které jsou akceptovatelné pouze pro ozubení s nižším stupněm přesnosti. Při požadavku na vyšší spolehlivost je vhodné nastavit součinitel životnosti na YNL=1.0. Při zaškrtnutém zaškrtávacím tlačítku je doplněna automaticky hodnota vycházející z použitého materiálu, počtu zatěžovacích cyklů a zvoleného stupně přesnosti.

Kontrola oteplení (DIN 3996) [11]

V tomto odstavci jsou nástroje pro výpočet a kontrolu energetické bilance převodovky. Jelikož je účinnost šnekového převodu podstatně nižší než účinnost čelního či kuželového ozubení, vzniká v ozubení podstatně více tepla, které je nutné odvádět. Proto má kontrola oteplení značný význam pro správný návrh, který zabezpečí funkci převodovky v dovoleném teplotním rozsahu použitého oleje.

V první části je výpočet teplotní bezpečnosti podle DIN 3996 metoda C, ve druhé části je teplotní analýza šnekového převodu. Podrobnější informace jsou v teoretické části nápovědy.

Upozornění: V případě změny teplotních parametrů převodovky respektive teploty oleje dochází i ke změně parametrů oleje, což má zpětně vliv na výpočet součinitelů bezpečnosti SW a SF. Doporučujeme proto jejich zpětnou kontrolu.

11.1 Teplota okolního prostředí

Zadejte teplotu okolního prostředí. Obvykle 20°C [68°F].

11.2 Krajní hodnota teploty převodové skříně (oleje)

Obvyklé maximální teploty jsou pro:

• Minerální olej - 90°C [194°F]
• Syntetický olej založený na polyalfaolefinu (SHC) (PAO) - 100°C [212°F]
• Syntetický olej založený na polyglykolu (PEG) - 120°C [248°F]

Teplota je dosazena automaticky podle zvoleného typu oleje. Pokud chcete zadat vlastní hodnotu, odškrtněte zaškrtávací tlačítko.

11.3 Chlazení převodové skříně

Zvolte, jeli použit ventilátor nasazený na hřídeli šneku nebo jestli je převodová skříň bez ventilátoru.

Poznámka: Použití ventilátoru má smysl při velikosti otáček větší než 800 otáček/min.

11.5 Mazání broděním metoda C

Podle DIN 3996 je možné použít přibližný vzorec pro výpočet teploty velmi dobře žebrované převodové skříně pro převodovky z litiny s osovou vzdáleností 63-400 [mm], otáčkami šneku 60-3000 [/min] a s převodovým poměrem 10-40. U tohoto vzorce je nutné počítat s odchylkou +- 10°K od skutečné hodnoty.

Výsledek přibližného vzorce udává teplotu skříně [11.6] a teplotní bezpečnost [11.7], která má být větší než 1.1

11.8 Teplotní analýza

Tato část umožňuje jednoduchou teplotní analýzu převodovky. Většina vstupních parametrů je odhadnuta na základě velikosti, přenášeného výkonu, typu konstrukce a dalších. Nicméně je možné použít i přesnější hodnoty, které získáte například z měření na podobné převodovce či z odborné literatury. Pro vložení vlastní hodnoty vybraného parametru odškrtněte zaškrtávací tlačítko na příslušném řádku.

Poznámka: Pokud není zvoleno mazání ostřikem [2.6] je příslušný mezivýpočet [11.14-11.18] v této části zobrazen v šedivé barvě a není zahrnut do výsledku.

11.9 Požadovaná max. teplota skříně (oleje)

Je navržena na základě použitého oleje tak, aby byl dosažen koeficient teplotní bezpečnosti 1.1.

11.10 Žebrování povrchu skříně

Ve výběrovém seznamu vyberte typ povrchu (konstrukce) skříně. Parametr má vliv na odhad povrchu [11.11].

11.11 Povrch převodové skříně

Povrch je získán přibližným výpočtem na základě rozměrů ozubení. Pro přesný výpočet (resp. kontrolu) je vhodné použít vhodného výstupu z CAD 3D modelu.

11.12 Koeficient přestupu tepla

Koeficient přestupu tepla (sdílení, záření) je závislý na prostředí umístění převodovky (větrání, velikost místnosti), na velikosti , žebrování, počtu otáček šneku, teplotě atd. Použití ventilátoru pak může zvýšit koeficient i trojnásobně. Přesný výpočet koeficientu je proto obtížný a předpokládá důkladnou analýzu. V praxi byly naměřeny hodnoty od 5 [W/m2*K] do 50 [W/m2*K]. Pokud zaškrtnete zaškrtávací tlačítko, je automaticky doplněna orientační hodnota odhadnutá na základě otáček, velikosti a konstrukci převodovky.

Doporučené hodnoty:

Základní hodnoty pro skříň bez ventilátoru:
- Malé nevětrané místnosti...8-12 [W/m2*K]
- Dobře větrané místnosti...14-20 [W/m2*K]
Vliv ventilátoru: Použití ventilátoru může zvýšit koeficient až o 100%
Vliv velikosti: malé skříně mohou mít koeficient až o 50% větší než velké skříně
Vliv teploty: S rostoucím rozdílem vnější teploty a teploty oleje může růst koeficient až o 15%
Vliv otáček: S rostoucími otáčkami šneku koeficient roste

11.13 Výkon chladiče oleje (vnitřní / vnější), pokud je použit

U převodovek, u nichž je větší ztrátové teplo (větší výkon, nižší účinnost), často nestačí přirozené chlazení a je nutné použít dodatečné chlazení oleje. To může být jak ve formě externího olejového chladiče, tak například chladícího šneku uvnitř převodovky. Ztrátový výkon nutný pro dosažení požadované teploty [11.9] je uveden na tomto řádku. Pokud není dodatečné chlazení vyžadováno, je hodnota nulová.

Poznámka: Pokud je nastaven na řádku [2.6] způsob mazání ostřikem, je dosazena nulová hodnota a pro výpočet dodatečného chlazení jsou použity následující řádky.

11.14 Mazání ostřikem

Pokud je zvoleno mazání ostřikem [2.6], je možné navrhnout v této části množství chladicího oleje dodávaného čerpadlem.

11.15 Použití chladiče oleje

Zvolte v této řádce, jestli je / není použit chladič oleje. Použití chladiče oleje má vliv na teplotní rozdíl mazacího oleje.

11.16 Teplotní rozdíl mazacího oleje

Jde o rozdíl teplot mezi olejem, nasávaným čerpadlem a olejem ostřikovaným.

Obvyklé hodnoty jsou pro:

• Ostřikování bez chladiče oleje - 2 až 5 °C
• Ostřikování se zařazeným chladičem oleje - 10-20°C

Poznámka: Přesné hodnoty jsou závislé na konstrukci a velikosti chladicího/mazacího zařízení.

11.17 Měrná tepelná kapacita oleje

Hodnota pro mazací olej je přednastavena na 1900 Ws/Kg/°K   [0.454 BTU/lb/°F]

11.18 Množství vstřikovaného oleje

Na základě vyplněných parametrů [11.8-11.15] je navrženo takové množství vstřikovaného oleje, které zaručí ochlazení převodu na požadovanou teplotu [11.8]

Poznámka: I když není z hlediska požadovaného chlazení nutné žádné množství ostřikovaného oleje, je automaticky navrženo určité minimální množství nutné pro mazání převodu.

11.20 Teplota převodové skříně

Měla by být menší než krajní hodnota [11.2]

11.21 Bezpečnost proti přehřátí

Hodnota by měla být větší než 1.1

Rozměry válcového šnekového soukolí (AGMA 6022-C93) [12]

V tomto odstavci je uveden výpočet rozměrů podle AGMA 6022-C93. Jelikož návrh šnekového soukolí dovoluje značnou volnost, mohou být některé rozměrové parametry odlišné podle DIN a podle AGMA.

Kontrola (ANSI/AGMA 6034-B92) [13]

Pro úplnost je zde uveden pevnostní výpočet (kontrola) podle AGMA. V porovnání s výpočtem podle DIN je výpočet podle AGMA podstatně jednodušší, zahrnující menší množství vstupních parametrů. To má samozřejmě vliv na přesnost výpočtu. Doporučujeme proto používat spíše kontrolu podle DIN, která je přesnější a lépe popisuje chování šnekového převodu. Srovnání obou metod naleznete v teoretické části.

Silové poměry (síly působící na ozubení) [14]

V zatíženém soukolí vznikají síly, které jsou přenášeny na konstrukci stroje. Pro správné dimenzování zařízení je znalost těchto sil zcela zásadní. Orientace sil je znázorněná na obrázku, velikost sil je uvedená v tomto odstavci [14.1 - 14.6].

Výpočet ozubení na zadanou osovou vzdálenost [16]

Tento odstavec obsahuje výpočet parametrů, které jsou nutné k dosažení požadované přesné osové vzdálenosti. Na řádku [16.1] zadejte počet chodů šneku a počet zubů šnekového kola. Na řádku [16.2] zadejte požadovanou osovou vzdálenost a stiskněte tlačítko "Spuštění výpočtu". Výpočet může trvat i několik sekund a po jeho ukončení je vyplněna tabulka možných řešení na řádku [16.4]. Po výběru vyhovující varianty z tabulky jsou parametry (z1, z2, modul, q, x) přeneseny do hlavního výpočtu.

Poznámka: Výpočet nijak nezohledňuje pevnostní parametry šnekového převodu.