Лицевые устройства перешли из лабораторий в машиностроение, а из аэрокосмической отрасли на рынки высокотехнологичных гражданских товаров, таких как робототехника, электромобили, станки, строительная техника и медицинское оборудование. Этот сдвиг не случаен. Это обусловлено тремя новыми требованиями, предъявляемыми к передовым системам привода, а также уникальными ответами, которые предлагают передовые механизмы.

1. Три новые проблемы в сфере высокопроизводительных накопителей

Традиционные конические передачи, червячные передачи и планетарные системы хорошо развиты в своих областях. Однако при создании высококачественного оборудования следующего поколения они сталкиваются с тремя все более серьезными проблемами:

(1) Узкое место в плотности мощности

Облегчение и миниатюризация требуют, чтобы системы привода передавали больший крутящий момент при меньшем объеме и весе. Конические шестерни сталкиваются с проблемой многоветвевого разделения мощности, что ограничивает дальнейший прирост удельной мощности.

(2) Более строгие требования к шуму, шуму и комфорту.

Пилоты вертолетов, пассажиры электромобилей и хирурги, использующие роботизированные системы, становятся все более чувствительными к вибрации и шуму. Самовозбуждающаяся вибрация конических шестерен при высокой скорости/легкой нагрузке и шум трения червячных передач не достигаются.

3) Высокие затраты на производство и обслуживание.

Конические шестерни требуют соответствующего изготовления и точной сборки. Планетарные системы сложны и состоят из множества частей. При эксплуатации длительные сроки поставки запасных частей и сложность их замены повышают общие затраты в течение жизненного цикла.

Суть этих болевых точек заключается в том, что традиционные формы трансмиссии были разработаны для «оптимальных на тот момент» систем, в то время как современное высококлассное оборудование накладывает новые ограничения.

2. Как Face Gears устраняет каждую «болевую точку»

Лицевые механизмы не являются чем-то новым изобретением, но они затрагивают именно эти три болевые точки. Между тем, достижения в области производства и проектирования инструментов значительно улучшили их осуществимость.

Болевая точка 1. Плотность мощности — разделение мощности на несколько ветвей.

Самая уникальная инженерная ценность торцевых механизмов — это их естественная способность к многоветвевому разделению мощности. Одна торцевая шестерня может одновременно входить в зацепление со многими шестернями, каждая из которых передает часть мощности, и все они объединены в выходную мощность лицевой шестерни. Шестерни представляют собой стандартные цилиндрические шестерни, полностью взаимозаменяемые, что позволяет избежать трудностей точного согласования нескольких шестерен с одной шестерней, как это требуется для конических шестерен.

Результат: в тех же пределах мощность торцевого привода может удвоиться или даже утроиться.

Болевая точка 2 NVH — нет самовозбуждающейся вибрации, тише по своей сути.

Геометрия зубьев торцевых шестерен означает, что они не создают самовозбуждающуюся вибрацию, типичную для конических шестерен. При небольшой нагрузке и в условиях высокой скорости конические шестерни могут страдать от «дребезжания» зубьев или завывания, вызванного периодическими изменениями кривизны и жесткости зацепления. Кривизна поверхности зубьев торцевых шестерен меняется плавно, а колебания жесткости зацепления невелики, что приводит к очень плавной кривой ошибки передачи. Более того, торцевые шестерни нечувствительны к несоосность. Небольшие смещения осей или угловые ошибки не вызывают сильных ударов зацепления, как в конических передачах.

Болевая точка 3. Стоимость — скрытые преимущества в производстве и обслуживании.

Некоторые полагают, что изготовление торцевых механизмов сложно и дорого. Однако с точки зрения жизненного цикла они могут быть более экономичными.

Производство: Торцевое шлифование является зрелым. Стоимость одной детали аналогична стоимости спирально-конической шестерни такой же точности или немного выше, но притирка/спаривание не требуется. При серийном производстве общие затраты ниже.

Сборка: пара торцевых шестерен требует только регулировки осевого положения, а время сборки значительно сокращается по сравнению с коническими шестернями.

Техническое обслуживание: Шестерни являются стандартными готовыми деталями. Сам лицевой механизм можно заменять индивидуально, а не как подобранную пару. Затраты на запасные части значительно снижаются.

3. Не универсально, но часто является «лучшим компромиссом».

Торцевые шестерни не заменят все другие типы шестерен. Но в приложениях, которые требуют одновременного компромисса между плотностью мощности, шумом, шумом, сборкой/обслуживанием и компоновкой, торцевые шестерни часто обеспечивают лучший баланс, чем конические шестерни, более простую конструкцию, чем планетарные системы, и более высокий КПД, чем червячные передачи. Рост торцевых зубчатых передач - это не технологический «прорыв», а «соответствие», вызванное меняющимися потребностями. Поскольку высококачественное оборудование становится легче, тише и удобнее в обслуживании, торцевые шестерни лежат как раз на продолжении этой тенденции.