¿Cómo logra una caja de cambios de cuarto de vuelta a la amplificación de par eficiente y una función de auto-bloqueo?

Amplificación de par: la lógica mecánica del diseño de la relación de transmisión
La función de amplificación de par de un caja de cambios de cuarto de vuelta se basa en el diseño de la relación de transmisión del gusano y el engranaje de gusano. Su fórmula central es:
Torque de salida = Torque de entrada × Relación de transmisión
La relación de transmisión está determinada por el número de cabezas de gusanos (Z1) y el número de dientes de engranaje de gusanos (Z2):
Relación de transmisión I = Z2 / Z1
Por ejemplo, cuando el número de cabezas de gusano es 1 (gusano de una sola estrella) y el número de dientes de engranaje de gusano es 50, la relación de transmisión es 50: 1, y el par de entrada de 50n · m se puede amplificar a 2500n · m. Al ajustar el número de dientes de engranaje de gusano, el rango de amplificación de torque de 5: 1 a 100: 1 se puede lograr de manera flexible.

Práctica de ingeniería del diseño de la relación de transmisión
Relación de transmisión pequeña (5: 1-20: 1): Adecuado para condiciones de carga de luz, como válvulas y puertas, que deben tener en cuenta la eficiencia de la transmisión y la velocidad de respuesta.
Gran relación de transmisión (20: 1-100: 1): Se usa en escenarios de carga pesada, como grullas y cabrestantes, y la capacidad de carga de los engranajes de gusanos debe mejorarse.
Por ejemplo, en el control de la válvula de las centrales nucleares, la caja de cambios necesita soportar el impacto de los medios de alta temperatura y alta presión. El diseño de relación de transmisión grande puede garantizar el control preciso de la apertura y el cierre de la válvula.

Función de auto-bloqueo: el principio mecánico de la optimización del ángulo de hélice

1. La naturaleza mecánica de las características de auto-bloqueo

La función de autoaprendizaje de los engranajes de gusano se origina en la relación entre el ángulo de la hélice (λ) y el ángulo de fricción (φ). Cuando el ángulo de la hélice es más pequeño que el ángulo de fricción, la rueda del gusano no puede revertir el gusano del gusano, formando el bloqueo automático. Su expresión matemática es:

λ <φ
El ángulo de fricción está determinado por el coeficiente de fricción de material (μ):

φ = Arctan (μ)

Por ejemplo, el coeficiente de fricción de los engranajes de gusano de bronce y los gusanos de acero es de aproximadamente 0.1, correspondiente a un ángulo de fricción de 5.7 °, por lo que el ángulo de la hélice debe ser más pequeño que este valor para lograr el bloqueo automático.

2. Aplicación de ingeniería de la función de auto-bloqueo
Protección antirversa: en escenas como ascensores y grúas, la función de auto-bloqueo puede evitar que la carga se mueva en la dirección opuesta debido a la gravedad o las fuerzas externas, evitando así los accidentes.
Precisión de posicionamiento mejorada: en las máquinas herramientas de CNC y las juntas de robot, la característica de auto-bloqueo puede eliminar el aclaramiento de la transmisión y mejorar la precisión de posicionamiento a ± 0.01 mm.
Por ejemplo, en el sistema de dirección del barco, la función de auto-bloqueo de la caja de cambios puede garantizar que la cuchilla del timón se mantenga estable en condiciones de mar duras y evite el guiñada.

Innovación en materiales y procesos: soporte para la transmisión de alta eficiencia
1. Material de gusano: proceso de enfriamiento de acero de aleación de alta resistencia
Como componente central de la transmisión de par, el gusano necesita soportar un alto estrés y desgaste. El material típico es 40crnimoa, que puede alcanzar una dureza de 58-62HRC después del tratamiento con enfriamiento y una resistencia a la tracción de más de 1000MPa. El proceso de enfriamiento forma una estructura martensítica a través del enfriamiento rápido, lo que mejora significativamente la dureza y la resistencia al desgaste del material.

2. Material de engranaje de gusano: propiedades de absorción de choque de la aleación de bronce
El material de engranaje de gusano debe tener en cuenta tanto la resistencia al desgaste como la absorción de choque. El bronce de estaño (ZCUSN10PB1) es la primera opción debido a su alta resistencia a la tracción (≥300MPA) y un coeficiente de baja fricción (0.05-0.1). Sus características de absorción de choque se derivan de la capacidad de deformación plástica de la matriz de cobre, que puede absorber la energía de impacto y reducir el ruido de vibración.

3. Innovación del proceso: optimización sinérgica de la rectificación y lubricación
Molilla de gusano: la rueda de molienda CBN se usa para la molienda superfina, y la rugosidad de la superficie del diente RA≤0.4 μm asegura la precisión de malla.
Sistema de lubricación: a través de la combinación de lubricación de niebla de aceite y lubricación forzada, se forma una película de aceite estable para reducir el coeficiente de fricción a menos de 0.03.
Por ejemplo, en las cajas de cambios de energía eólica, el diseño de lubricación de engranajes de gusanos puede aumentar la eficiencia de la transmisión a más del 97%.

Escenarios de aplicación: desde válvulas industriales hasta equipos de alta gama
1. Control de válvulas industriales
En industrias como el petróleo, el químico y la energía eléctrica, las válvulas impulsadas por las cajas de cambios de cuartos de cambio deben resistir el impacto de los medios de alta temperatura y alta presión. Su función de amplificación de par garantiza que la válvula se abra y se cierre rápidamente, y sus características de auto-bloqueo evitan que el medio fluya hacia atrás. Por ejemplo, en el sistema de agua de enfriamiento de una planta de energía nuclear, la caja de cambios debe funcionar de manera estable a una temperatura alta de 300 ° C.

2. Sistema de transmisión de servicio pesado
En grúas, cabrestantes y otros escenarios, la caja de cambios necesita soportar cargas de decenas de toneladas. Su gran diseño de relación de transmisión puede amplificar el par motor a miles de metros de Newton, y la función de auto-bloqueo evita que la carga caiga accidentalmente. Por ejemplo, en las grúas portuarias, la vida de la caja de cambios debe superar los 10 años.

3. Campo de equipo de alta gama
En campos como aeroespacial y robótica que requieren una precisión y confiabilidad extremadamente altas, las características de autoaplace y la precisión de posicionamiento de la caja de cambios se convierten en clave. Por ejemplo, en los sistemas de control de actitud satelital, la caja de cambios necesita mantener una precisión de posicionamiento de ± 0.001 ° en un entorno de vacío.