Analiza wałów silnikowych w silnikach miniaturowych i małych przekładni

Silniki z przekładnią miniaturowe składają się z silnika i przekładni redukcyjnej. Silnik służy jako źródło zasilania, pracując z dużą prędkością i stosunkowo niskim momentem obrotowym. Ruch obrotowy silnika jest przenoszony na przekładnię redukcyjną za pomocą koła zębatego silnika (w tym kół ślimakowych) zamontowanego na wale silnika. Dlatego wał silnika jest jednym z najważniejszych elementów w miniaturowych silnikach z przekładnią.

I. Materiały wałów silników

Przy wyborze materiału wału należy wziąć pod uwagę wymagania dotyczące momentu obrotowego, skrawalność, odporność na korozję, a w niektórych przypadkach właściwości magnetyczne, w zależności od konstrukcji silnika. Powszechnie stosowane materiały wałów obejmują wysokiej jakości stal węglową, stal nierdzewną, stal stopową i stal hartowaną. Najczęściej stosowane materiały to:

1. Stal SAE 1141 i 1144 (odpowiednik chińskiej stali 45#):

   • Najczęściej stosowana w przemyśle ze względu na niski koszt i łatwą dostępność.

   • Łatwa w obróbce.

   • Główna wada: podatna na rdzewienie, wymaga powlekania olejem antykorozyjnym podczas użytkowania.

2. Stal nierdzewna SAE 416 (odpowiednik Y1Cr13):

   • Mniej skrawalna, nieodpowiednia do skomplikowanych elementów (np. główki wału z gwintem).

   • Droższa niż stal 45#, tańsza niż stal nierdzewna 303.

   • Szeroko stosowana ze względu na odporność na korozję.

3. Stal nierdzewna SAE 420 (odpowiednik 2Cr13):

   • Podobne ograniczenia w obróbce jak 416.

   • Cena między stalą 45# a stalą nierdzewną 416/303.

   • Oferuje dobrą odporność na korozję i jest szeroko stosowana.

4. Stal nierdzewna SAE 431:

   • Rzadziej stosowana.

   • Wyższa zawartość chromu, odpowiednia do kontaktu z żywnością.

5. Stal nierdzewna SAE 303:

   • Wyższy koszt.

   • Miękki materiał, doskonała skrawalność, odpowiednia do skomplikowanych geometrii wałów.

II. Konstrukcje wałów silników

Gdy koło zębate silnika i koło zębate pierwszego stopnia w przekładni zazębiają się, generowany jest moment obrotowy. Dopasowanie między kołem zębatym silnika a wałem silnika bezpośrednio wpływa na wydajność transmisji. Powszechne typy wałów obejmują:

• Wał gładki: Odpowiedni do lekkich obciążeń i niskiego momentu obrotowego.

• Wał płaski / Wał typu D: Zaprojektowany do średnich obciążeń.

• Wał radełkowany: Również odpowiedni do średnich obciążeń.

• Wał z wpustem: Stosowany w zastosowaniach o dużych obciążeniach i wysokim momencie obrotowym.

• Wał ślimakowy: Specjalny typ stosowany w układach przeniesienia napędu ślimak-koło zębate.

Wał gładki	Wał płaski / Wał typu D	Wał radełkowany	Wał z wpustem

III. Wymagania produkcyjne dla wałów silników

Jakość wykonania wałów silników bezpośrednio wpływa na żywotność miniaturowych silników z przekładnią. Kluczowe wymagania obejmują:

• Precyzja wymiarowa: Średnice wałów mogą być kontrolowane w granicach ±0,002 mm.

• Obróbka powierzchniowa: Często stosuje się niklowanie w celu ochrony przed korozją.

• Chropowatość powierzchni: Kluczowa dla zapewnienia prawidłowego dopasowania koła zębatego do wału i płynnej pracy.

IV. Rodzaje wałów przekładniowych

Przekładnie klasyfikuje się według mocy (wysoka lub niska moc), a wały napędowe różnią się odpowiednio. Wały są zazwyczaj podzielone na wały wejściowe i wały wyjściowe.

1. Wał wyjściowy:

   • Łączy przekładnię z napędzanym mechanizmem.

   • Pracuje ze znacznie niższą prędkością niż wał wejściowy.

   • Może być wykonany w różnych kształtach: wał D, okrągły, dwupłaski, sześciokątny, pięciokątny, kwadratowy itp.

   • Wykonany z metalu lub tworzyw inżynieryjnych w zależności od zastosowania.

2. Wał wejściowy:

   • Łączy silnik z przekładnią.

   • Przenosi dużą prędkość z niskim momentem obrotowym.

   • Jeden koniec pasuje do obudowy, aby zazębić się z kołami zębatymi; drugi koniec jest rowkowany dla wału silnika.

   • Wykorzystuje konstrukcję z rowkiem na wpust, aby osiągnąć stabilny i szybki montaż.

3. Funkcja i różnice:

   • Oba wały przenoszą moc.

   • Wał wejściowy: wysoka prędkość, mały moment obrotowy, mniejsza średnica.

   • Wał wyjściowy: niska prędkość, wysoki moment obrotowy, większa średnica.
     
     

V. Przyczyny przegrzewania się łożysk w miniaturowych silnikach z przekładnią

Podczas normalnej pracy łożyska silnika nie powinny się przegrzewać. Nadmierne nagrzewanie może wynikać z:

1. Uszkodzenia łożyska.

2. Zanieczyszczonego smaru (cząstki obce).

3. Niewystarczającego smarowania.

4. Niskiej jakości smaru lub niewłaściwej lepkości.

5. Nieprawidłowego montażu (łożyska zbyt luźne lub zbyt ciasne).

6. Niewspółosiowości podczas instalacji.

VI. Przyczyny luzu osiowego w silnikach miniaturowych

Luz osiowy (ruch końca wału) w silnikach miniaturowych może wynikać z:

1. Nieprawidłowego dopasowania między rdzeniem wirnika a wałem.

2. Braku lub uszkodzenia podkładek oporowych.

3. Niewspółosiowości środka magnetycznego między stojanem a wirnikiem.

4. Sił osiowych generowanych przez wentylatory lub śmigła przymocowane do wału.

Konsekwencje obejmują nienormalne wibracje, hałas, awarię łożysk, przepalenie uzwojeń i skrócenie żywotności silnika. Luz osiowy można zredukować za pomocą podkładek falistych między łożyskami a pokrywami końcowymi.

VII. Wybór łożysk w planetarnych silnikach z przekładnią

Planetarne silniki z przekładnią są szeroko stosowane w inteligentnych urządzeniach domowych i innych zastosowaniach. Rozważania dotyczące wyboru łożysk obejmują:

• Typowe rodzaje: Samonastawne łożyska toczne, stożkowe łożyska toczne (jednorzędowe/dwurzędowe), cylindryczne łożyska toczne, łożyska czteropunktowe, łożyska kulkowe.

• Łożyska wału wejściowego: Wymagają dużej nośności ze względu na dużą prędkość.

• Łożyska wału pośredniego: Muszą przenosić połączone siły z wielu zazębień kół zębatych.

• Łożyska wału wyjściowego: Niska prędkość, większy moment obrotowy; wymaga większej nośności, jeśli jest narażony na uderzenia.

VIII. Przyczyny pękania wałów przekładniowych

Złamanie wału przekładni zazwyczaj wynika z:

1. Nieprawidłowego doboru silnika i przekładni:

   • Moment obrotowy znamionowy silnika × przełożenie musi pozostać poniżej momentu obrotowego znamionowego modelu przekładni.

   • Niez uwzględnienie momentu obrotowego przeciążenia może spowodować pęknięcie wału.

2. Nadmierny moment obrotowy obciążenia:

   • Moment obrotowy pracy przekraczający granice projektowe przekładni zwiększa naprężenia na wale wyjściowym, prowadząc do pęknięcia.

IX. Zaawansowane rozwiązania materiałowe dla kół zębatych

W zastosowaniach takich jak kołyski dla dzieci, kołyski, inteligentne dozowniki mydła, mikropompy, pompy perystaltyczne, pompy membranowe, rozdrabniacze odpadów, sprzęt do masażu, rowery elektryczne i urządzenia do golenia,

W zastosowaniach przekładniowych konwencjonalne koła zębate z POM i nylonu często napotykają problemy, takie jak:

• Wysoki poziom hałasu.

• Niewystarczająca odporność na zużycie i zmęczenie.

• Kruchość (POM) lub ograniczenia momentu obrotowego (PA12, TPEE).

• Niestabilność wymiarowa spowodowana wilgocią (PA46).

Rozwiązania inżynieryjne Lihua Motor integrują zaawansowane materiały na koła zębate charakteryzujące się:

• Doskonałą odpornością na zużycie.

• Niskim poziomem hałasu.

• Wysoką wytrzymałością.

• Odpornością na korozję.

• Stabilnością wymiarową (niepodatne na wilgoć).

Te zalety materiałowe znacznie zwiększają niezawodność, redukcję hałasu i żywotność miniaturowych silników z przekładnią w wielu branżach.