ANGRENAJE MELCATE. UNELE ASPECTE COMPARATIVE CU PRIVIRE LA MELCII CLASICI ŞI

MELCI DE TIP DUPLEX

Radu POPA, Iosif POPA

WORM GEAR. COMPARATIVE ISSUES ON SOME CLASSICAL WORM AND DUPLEX WORM

This paper presents some comparative aspects on worm gears precisely on the building blocks of duplex worm from classical worm, setting game in gear with the worm wheel. Keywords: snail and slug classic duplex Cuvinte cheie: melc clasic şi melc duplex 1. Generalități Angrenajele melcate sunt folosite aproape în toate domeniile economiei de la industria uşoară, industria alimentară, medicină până la industria construcțiilor de maşini. Aceste angrenaje în general sunt folosite la reducerea turaţilor iar raportul de transmitere este dat de relaţia:

2

1

zzi =

unde: z 1 - numărul de începuturi a melcului; z 2 - numărul de dinţi a roţii melcate. De obicei unghiul dintre axa melcului şi axa roţii melcate este 675

90 dar pot fi şi excepţii. La S.C. U.M. Cugir S.A. angrenajele duplex se folosesc la maşinile de frezat şi mortezat dantura tip (FD 125, FD 250, FD 400.....FD 1250, MD 250, MD 630). Observaţii: Angrenajele melcate sunt sensibile faţă de erorile de montaj (la schimbarea distanţei dintre axe, a unghiului dintre arborii transmisiei, şi la deplasarea axială a roţii melcate), care are ca rezultat deplasarea contactului de portanţă, până la contactul de muchie şi cauzează o funcţie pseudoliniară, pe porţiuni, a erorilor de transmitere. Frecvenţa erorilor de transmitere este aceeaşi cu ciclul de angrenare a unei perechi de dinţi. Un contact de portanţă mai stabil, al angrenajului melc-roată melcată şi o funcţie a erorilor de transmitere mai favorabilă, poate fi obţinută printr-o diferenţă corespunzătoare a suprafeţelor melcului şi frezei melc pentru danturarea roţii melcate. 2. Generarea angrenajelor melcate

După DIN 3975 în funcţie de metoda de generare se deosebesc mai multe tipuri de melci:

- Melci ZA, cu suprafaţă elicoidalǎ Arhimedicǎ. - Melci ZN, cu suprafaţă elicoidalǎ convolutǎ. - Melci ZI (ZE), cu suprafaţă elicoidalǎ evolventicǎ. - Melci ZK, cu suprafaţă elicoidalǎ neriglatǎ. - Melci Flender, cu suprafaţă elicoidalǎ convex-concavă (CC).

Figura 1 ilustrează diametrul de referinţă al cilindrului de referinţă ordinar; axp este distanţa axială între două spire vecine ale melcului, care este măsurată de-a lungul generatoarei cilindrului de

referinţă. Se va simboliza cu ,axP raportul ax

ax pP π

= .

Diametrul de referinţă al melcului poate fi ales astfel:

.2ax

pp Pqrd ==

Fig 1 Cilindrul de divizare (a) în spaţiul 3D şi (b) desfăşurat într-un plan

676

Valoarea, q, depinde de numărul 1z , al începuturilor melcului şi

numărul 2z , al dinţilor roţii melcate şi poate fi ales după următoarea recomandare:

( )257 ≤≤ q . Se desfăşoară cilindrul de divizare pe un plan [figura 1 (b)]. Elicea, pentru fiecare spiră a melcului este reprezentată de către o linie dreaptă. Distanţa ,axp dintre liniile drepte învecinate este

,1z

Hpax =

unde, 1z este numărul de începuturi ale melcului; H este pasul elicei.

,00 RrE += - distanta dintre axe Melcul duplex face parte din categoria melcilor cilindrici

asimetrici, la care flancul drept nu se poate suprapune peste cel stâng prin rotaţie cu 180 în jurul normalei pe axă. Efectul de grosime variabilă a spirei, respectiv a dintelui, necesar pentru reglarea jocului, se obţine prin realizarea melcului cu pasul elicei ( )zp diferit pentru cele două flancuri, de unde derivă şi denumirea ”duplex” sau ”bipas". În unele ţări se utilizează şi expresiile echivalente ”a pas differientiel” şi ”dual – lead”. Din punctul de vedere al generării sistematice, se poate da şi definiţia ”melc cu doi parametrii elicoidali”. Până în prezent nu există încă o terminologie standardizată specifică angrenajelor melcate duplex. Pentru o angrenare corectă se execută şi roata melcată conjugată cu paşi diferiţi. De la această regulă există şi excepţii. Diferenţa de pas, care conduce la o diferenţă de modul, notată de obicei cu ( ),xm∆ impune existenţa a doi cilindri de divizare sau rostogolire pe melc şi pe roată. Acestea sunt particularităţile principale ale angrenajului. Avantajul cel mai important este posibilitatea de reglare a jocului între flancuri prin deplasarea axială a melcului, fără modificarea condiţiilor de angrenare, asigurând pe dintele roţii păstrarea petei de contact ca mărime, formă şi poziţie. Particularităţile angrenajelor melcate duplex au fost prezentate în România în 1965. Indicii ( )M pentru ”mare” sau ”mărit” şi ( )m pentru ”mic” sau ”micşorat” aparţin literaturii, fiind utilizaţi mai târziu de către alţi autori din România. 677

Diferenţa de modul ( ),xm∆ poate fi definită faţă de un modul

axial mediu ( ).xm Dacă acesta este media aritmetică între cei doi moduli diferiţi, rezultă relaţiile cunoscute:

[ ]xM x xm m m mm= + ∆ (modulul axial mărit)

[ ]xm x xm m m mm= − ∆ (modulul axial micşorat) Deoarece modulii şi diferenţele de modul se referă exclusiv la direcţia axială, s-a renunţat în continuare la indicele ."" x

Fig 2 Desfășurarea elicelor de referință ale celor 2 flancuri

(𝑓𝑙1 𝑠𝑖 𝑓𝑙2) la un melc obișnuit și la un melc duplex

Prima informare detaliată din domeniul angrenajelor melcate duplex, prezentată în România, aparţine cercetătorului Häner, de la Uzina Mecanică Cugir prin comunicarea [6], din 1965. Häner a realizat şi fizic, primul angrenaj duplex din România – ca angrenaj de divizare în mod sigur – încă în 1962 cu ocazia asimilării în fabricaţie a maşinii FD 320, cum a fost menţionat şi comunicat în teza de doctorat.

După exploatarea mai îndelungată, devine totuşi inevitabilă o oarecare uzare sensibilă a angrenajului melcat de divizare, prin care creşte bineînţeles jocul între flancuri. Acest joc poate fi redus la valoarea sa iniţială prin particularitatea cunoscută a melcului duplex, procedura fiind descrisă în cărţile de instrucţiuni.

Reducerea jocului sau compensarea uzării, numai prin deplasarea axială a melcului, nu este însă o intervenţie satisfăcătoare din punctul de vedere al fiabilităţii angrenajului, pentru că, după reglare, apare în general o uzare progresivă a flancurilor roţii, care reclamă la

678

intervale tot mai scurte reglări repetate, până ce angrenajul devine neutilizabil.

Scurtarea duratei de funcţionare se explică prin faptul că pe

flancurile melcului se formează un prag, mai mult sau mai puţin pronunţat, care marchează conturul contactului de portanţă Prin deplasarea axială a melcului, intră acest prag în zona câmpului de angrenare, având apoi un efect de uzare distructivă şi relativ rapidă asupra flancurilor roţii, favorizată şi prin diferenţa de duritate între melc şi roată. Afirmaţia cunoscută, că la un angrenaj melcat duplex, contactul de portanţă după reglarea jocului se păstrează ca formă, mărime şi poziţie, se poate referi, în ceea ce priveşte poziţia, numai la roată şi nu la melc. Când se fac însă referiri cu caracter general asupra contactului de portanţă ale angrenajelor melcate, se înţelege pata de contact a roţii. Cel puţin în cazul angrenajelor de divizare este necesară o precizare suplimentară.

Concluzii

■ Reglarea jocului la un angrenaj melcat de divizare aflat în exploatare, trebuie să fie precedată de o recondiţionare a flancurilor melcului prin rectificare, până ce dispare pragul amintit. Operaţia prezintă un anumit grad de dificultate pentru păstrarea profilului, din cauza adaosului mic al materialului de îndepărtat, luând în considerare şi contactul de portanţă existent pe dintele roţii. ■ recondiţionarea devine mai accesibilă dacă se corectează şi dantura roţii, cu toate implicaţiile pe care le aduce această operaţie pe maşina master. Astfel, poate fi readus angrenajul în stare nouă, cu condiţia ca lungimea melcului şi mărimea efectului duplex să permită aceste prelucrări de recondiţionare.

Fig 3 Schema de reglare a jocului intre flancuri la angrenajele melcate obijnuite si duplex

679

■ metoda de reglare a jocului cu recondiţionarea prealabilă a angrenajului melcat, nu este încă publicată cu toate detaliile, deşi se practică de către unii producători aproximativ din 1965, fiind considerată ca o specialitate a casei. ■ prezenta descriere se bazează pe experienţa câştigată la S.C. UM Cugir S.A. Pentru raportul ∆𝑚𝑓/𝑚 se folosește LIEBHERR expresia „efect duplex”, care reprezintă creşterea sau descreşterea grosimii spirei pe o anumită distanţă axială. Acest raport poate fi exprimat şi sub forma

𝑗𝑜𝑐𝑢𝑙 𝑖𝑛𝑟𝑒 𝑓𝑙𝑎𝑛𝑐𝑢𝑟𝑖𝑐𝑢𝑟𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑔𝑙𝑎𝑟𝑒

= ∆𝑚𝑓𝑚

= efect duplex ■ pentru angrenajele de divizare se preferă profilul melcului de

tip ZA datorită avantajelor de ordin tehnologic (rectificarea melcului pe maşini clasice şi păstrarea profilului dintelui frezei melc cu detalonare axială şi radială după reascuţire)

■ orice angrenaj melcat duplex poate fi considerat ca două angrenaje distincte pentru fiecare flanc în parte, având comune numai corpurile si numerele de dinți. Modulul trebuie să fie diferit iar celelalte elemente cum este unghiul de angrenare şi înălţimea dintelui pot fi comune sau distincte.

■ grosimea spirei, respectiv al dintelui melcului fiind variabilă se va obţine la o anumită lungime o grosime egală cu grosimea spirei unui melc convențional. Poziţia profilului de referinţă este marcată pe melc, acest marcaj fiind necesar la montarea angrenajului.

■ în perioada 1950-1956 se extinde utilizarea angrenajelor melcate duplex ca angrenaje de divizare pentru maşinile de danturat. Firma PFAUTER este posesoarea brevetului pentru angrenajele melcate duplex de tip ZA pe care îl aplică din anul 1966 pentru angrenajele melcate de divizare la toate mașinile de danturat din programul de fabricaţie. Prima informare detaliată din domeniul angrenajelor melcate duplex prezentată în România se pare că aparţine Dr. Ing. Cristian HANER din 1965. BIBLIOGRAFIE

[1] Popa, R.I., Studiul contactului de portanţă la angrenajele melcate. Proiectarea și execuţia unui stand experimental pentru angrenajele melcate clasice și duplex. Lucrare de dizertaţie, Universitatea Tehnică din Cluj-Napoca, 2011.

Ing. Radu POPA, VCST ALBA IULIA Ing. Iosif POPA, Uzina Mecanică CUGIR

680