Como uma caixa de câmbio de um quarto de volta atinge a amplificação eficiente de torque e a função de auto-bloqueio?

Amplificação de torque: a lógica mecânica do design da taxa de transmissão
A função de amplificação de torque de um Caixa de câmbio de um quarto de volta é baseado no projeto da taxa de transmissão do engrenagem de minhocas e worm. Sua fórmula principal é:
Torque de saída = Torque de entrada × Taxa de transmissão
A taxa de transmissão é determinada pelo número de cabeças de worm (Z1) e pelo número de dentes de engrenagem de worm (Z2):
Taxa de transmissão i = z2 / z1
Por exemplo, quando o número de cabeças de worm é 1 (worm de partida única) e o número de dentes de engrenagem de worm é 50, a taxa de transmissão é de 50: 1 e o torque de entrada de 50n · m pode ser amplificado a 2500n · m. Ao ajustar o número de dentes de engrenagem de minhoca, a faixa de amplificação de torque de 5: 1 a 100: 1 pode ser alcançada com flexibilidade.

Prática de engenharia do projeto da taxa de transmissão
Pequena taxa de transmissão (5: 1-20: 1): Adequado para condições de carga leve, como válvulas e portões, que precisam levar em consideração a eficiência da transmissão e a velocidade de resposta.
Grande taxa de transmissão (20: 1-100: 1): Utilizada em cenários de carga pesada, como guindastes e guinchos, e a capacidade de rolamento das engrenagens de minhocas precisa ser aprimorada.
Por exemplo, no controle da válvula das usinas nucleares, a caixa de engrenagens precisa suportar o impacto da alta temperatura e meios de alta pressão. O grande projeto da taxa de transmissão pode garantir o controle preciso da abertura e fechamento da válvula.

Função de auto-bloqueio: o princípio mecânico da otimização do ângulo da hélice

1. A natureza mecânica das características de auto-bloqueio

A função de bloqueio auto-bloqueio das engrenagens de worm se origina da relação entre o ângulo da hélice (λ) e o ângulo de atrito (φ). Quando o ângulo da hélice é menor que o ângulo de atrito, a roda de minhoca não pode acionar o verme, formando o auto-bloqueio. Sua expressão matemática é:

λ <φ
O ângulo de atrito é determinado pelo coeficiente de atrito do material (μ):

φ = arctan (μ)

Por exemplo, o coeficiente de atrito de engrenagens de minhocas de bronze e vermes de aço é de cerca de 0,1, correspondendo a um ângulo de atrito de 5,7 °, portanto o ângulo da hélice precisa ser menor que esse valor para obter o auto-bloqueio.

2. Aplicação de engenharia da função de auto-bloqueio
Proteção anti-reversa: em cenas como elevadores e guindastes, a função de auto-bloqueio pode impedir que a carga se mova na direção oposta devido à gravidade ou forças externas, evitando assim acidentes.
Precisão de posicionamento aprimorada: nas máquinas-ferramentas e juntas do robô CNC, o recurso de bloqueio automático pode eliminar a folga da transmissão e melhorar a precisão do posicionamento para ± 0,01 mm.
Por exemplo, no sistema de direção do navio, a função de bloqueio automático da caixa de engrenagens pode garantir que a lâmina do leme permaneça estável em condições duras do mar e evite a guinada.

Inovação em materiais e processos: suporte para transmissão de alta eficiência
1. Material de minhocas: processo de têmpera de aço de liga de alta resistência
Como o componente central da transmissão de torque, o worm precisa suportar alto estresse e desgaste. O material típico é 40crnimoa, que pode atingir uma dureza de 58-62hrc após o tratamento de extinção e uma resistência à tração de mais de 1000MPa. O processo de extinção forma uma estrutura martensítica através do resfriamento rápido, o que melhora significativamente a resistência à dureza e do desgaste do material.

2. Material de engrenagem de minhocas: propriedades absorventes de choque da liga de bronze
O material da engrenagem de minhoca precisa levar em consideração a resistência ao desgaste e a absorção de choques. O bronze de estanho (ZCUSN10PB1) é a primeira opção devido à sua alta resistência à tração (≥300MPa) e ao baixo coeficiente de atrito (0,05-0,1). Suas características de absorção de choque são derivadas da capacidade de deformação plástica da matriz de cobre, que pode absorver a energia de impacto e reduzir o ruído da vibração.

3. Inovação do processo: otimização sinérgica de moagem e lubrificação
Griagem de vermes: a roda de moagem de CBN é usada para moagem superfina, e a rugosidade da superfície do dente RA≤0,4μm garante a precisão da malha.
Sistema de lubrificação: Através da combinação de lubrificação por névoa de óleo e lubrificação forçada, um filme de óleo estável é formado para reduzir o coeficiente de atrito para abaixo de 0,03.
Por exemplo, em caixas de câmbio de energia eólica, o projeto de lubrificação de engrenagens de worm pode aumentar a eficiência da transmissão para mais de 97%.

Cenários de aplicação: de válvulas industriais a equipamentos de ponta
1. Controle da válvula industrial
Em indústrias como petróleo, química e energia elétrica, as válvulas acionadas por caixas de câmbio de quarto de volta devem suportar o impacto de meios de alta temperatura e alta pressão. Sua função de amplificação de torque garante que a válvula seja aberta e feche rapidamente, e suas características de bloqueio automático impedem que o meio flua para trás. Por exemplo, no sistema de água de resfriamento de uma usina nuclear, a caixa de engrenagens precisa operar de forma estável a uma alta temperatura de 300 ° C.

2. Sistema de transmissão de serviço pesado
Em guindastes, guinchos e outros cenários, a caixa de câmbio precisa suportar cargas de dezenas de toneladas. Seu grande projeto de taxa de transmissão pode amplificar o torque do motor para milhares de medidores de Newton, e a função de auto-bloqueio impede que a carga caia acidentalmente. Por exemplo, em Port Cranes, a vida da caixa de engrenagens precisa exceder 10 anos.

3. Campo de equipamentos de ponta
Em campos como aeroespacial e robótica que requerem precisão e confiabilidade extremamente alta, as características de auto-bloqueio e a precisão do posicionamento da caixa de engrenagens se tornam fundamentais. Por exemplo, em sistemas de controle de atitude de satélite, a caixa de engrenagens precisa manter uma precisão de posicionamento de ± 0,001 ° em um ambiente de vácuo.