Как система рулевого управления с поворотным приводом регулирует нагрузку?

Что такое поворотный привод? Это компактный герметичный узел, объединяющий поворотный подшипник, зубчатую передачу и корпус, благодаря чему одна деталь может вращаться под нагрузкой и удерживать положение. В системе рулевого управления с поворотным приводом этот узел используется для поворота платформы, колесной пары или стрелы, в то время как тот же подшипник воспринимает вес и силы опрокидывания.

Самый частый вопрос, который задают инженеры, прост: что несет на себя рулевой двигатель — нагрузка или что-то другое? Краткий ответ: нагрузку несет подшипник, а зацепление шестерен обеспечивает только вращающий момент. Смешивание этих двух функций приводит к использованию подшипников недостаточного размера и двигателей избыточной мощности.

Как распределяется работа в системе рулевого управления с поворотным приводом

Аповоротный приводВыполняет две функции в одном корпусе. Дорожки поворотного кольца поддерживают конструкцию. Зубья червячной передачи вращают её.

Именно это разделение является причиной того, что эти узлы хорошо работают в компактных конструкциях рулевого управления. Вам не нужен отдельный подшипник маятника, редуктор и монтажная рама. Нагрузка передается в одной детали, что также сокращает цепочку допусков, которые необходимо контролировать.

Здесь есть компромисс. Поскольку подшипник и шестерня находятся в одном корпусе, плохое качество монтажной поверхности влияет на оба элемента. Неровности монтажного фланга могут увеличить трение качения в дорожке качения и одновременно изменить люфт шестерни. Мы вернемся к этому в разделе проверки.

Путь передачи крутящего момента: от входного вала через червячную передачу к поворотному кольцу.

Крутящий момент передается по прямой цепи. На каждом этапе изменяется скорость и сила, и на каждом этапе воздействует разная нагрузка. В таблице ниже показана траектория движения типичного червячного механизма, например,червячный привод поворота.

Этап	Что происходит	Груз, который он несет	Что проверить
1. Входной вал (двигатель или гидравлический двигатель)	Обеспечивает вращение с высокой скоростью и низким крутящим моментом.	Только крутящий момент; небольшие реакции подшипников на концах червячного вала.	Интерфейс двигателя, шпоночный паз или шлицевое соединение, нагрузки на конце вала.
2. Червячный вал	Преобразует вращение вала в тангенциальную силу, действующую на зубья шестерни.	Сила контакта зубьев плюс осевая нагрузка вдоль оси червяка	Конструкция упорного подшипника, смазка, регулировка люфта
3. Зубья шестерни на поворотном кольце	Снизьте скорость и увеличьте крутящий момент; поверните кольцо.	Касательная нагрузка на зубья от сопротивления рулевого управления	Прочность зуба, характер контакта, износ с течением времени
4. Поворотные кольцевые направляющие	Направляйте вращение и поддерживайте соосность двух колец.	Осевые, радиальные и опрокидывающие нагрузки от конструкции.	Тип кабельного канала, номинальная статическая и динамическая несущая способность
5. Монтажные фланцы и болты	Передача нагрузок на раму и вращающуюся часть.	Все конструктивные нагрузки, такие как натяжение болтов и сдвиг.	Плоскостность фланца, класс болта, предварительная нагрузка

Ключевой момент — это различие между 3-й и 4-й стадиями. Зубья шестерни воспринимают только усилие, необходимое для преодоления сопротивления рулевого управления, такое как трение, инерция и любое боковое воздействие на колесо или платформу. Все остальное воспринимают дорожки качения.

Как соотношение червей меняет картину

Высокое передаточное число червячной передачи обеспечивает значительное увеличение крутящего момента при небольших размерах двигателя. Однако это также снижает скорость и эффективность. Одночервячная передача часто обеспечивает медленное и плавное рулевое управление, но потери на трение означают большую входную мощность при том же выходном крутящем моменте.

Эффективность также способствует самоблокировке. Многие червячные передачи сопротивляются обратному вращению, поскольку трение в зацеплении велико по сравнению с углом шага. Это помогает удерживать положение при выключенном двигателе. Однако это не гарантирует успеха, поэтому при вибрации, ударах или критически важных с точки зрения безопасности функция удержания по-прежнему является обычным конструктивным решением.

Осевые, радиальные и опрокидывающие нагрузки: что влияет на управляемость, а что нет.

На подшипник действуют три структурные нагрузки. Ни одна из них не должна проходить через червячный механизм. В таблице показано, куда передается каждая из них и влияет ли она на крутящий момент рулевого управления.

Тип нагрузки	Направление	Перенесено	Влияние на крутящий момент рулевого управления
Осевой	Вдоль оси вращения (вес, вертикальная сила)	Гоночные дорожки и элементы роликов	Увеличивает трение качения, поэтому крутящий момент, необходимый для начала вращения, возрастает.
Радиальный	Вбок, поперек оси (боковое давление, ветер, боковая сила на колесе)	Дорожки качения; корпус редуктора поддерживает кольцо.	Может произойти смещение зацепления шестерен, если зазор слишком велик.
Переломный момент	Опрокидывающая сила от смещенной нагрузки	Противоположные стороны дорожки качения, одна сторона в сжатом состоянии, другая — в ненагруженном.	Оказывает наибольшее влияние на срок службы подшипника; также может деформировать кольцо и изменить люфт.

Опрокидывающий момент — вот что удивляет людей. Небольшой груз, расположенный далеко от оси, создает большую опрокидывающую силу. Размер подшипника обычно определяется именно этим моментом, а не вертикальным весом.

Червяк воспринимает только сопротивление рулевому управлению. Однако на практике структурные нагрузки все равно изменяют необходимый крутящий момент рулевого управления. Сильная осевая нагрузка увеличивает трение качения, а моментная нагрузка может слегка наклонить кольцо. Именно поэтому мы рассчитываем мощность двигателя с запасом, превышающим расчет чисто рулевого управления.

Как взаимодействуют ключевые параметры

Ни один конкретный параметр не гарантирует работоспособность накопителя. На него влияют множество факторов. Вот те, которые наиболее важны на этапе концептуального проектирования.

• Тип кабельного канала и его несущая способность по моменту.Больший диаметр кабельного канала позволяет выдерживать больший опрокидывающий момент, но это увеличивает вес и стоимость. Он подходит для платформ с высокой или смещенной нагрузкой. Это не поможет, если монтажная конструкция слишком гибкая для использования такой грузоподъемности.
• Один червь против двух червей.Адвойной червячный поворотный приводРаспределяет нагрузку на зубья между двумя точками зацепления. Это подходит для случаев с более высоким крутящим моментом рулевого управления или уменьшенным люфтом. Добавляется еще один вал для герметизации и выравнивания, поэтому это не является стандартным вариантом модернизации для легких нагрузок.
• Резистория и точность.Меньший люфт обеспечивает более точное позиционирование, но также увеличивает трение в зацеплении и износ, если выравнивание нарушено. Укажите точность, которая действительно необходима вашему контуру управления, а не самое точное доступное значение.
• Герметизация и окружающая среда.Наши поворотные приводы доступны с уровнем защиты до IP66 и антикоррозионной стойкостью до C4H. Более высокое уплотнение увеличивает трение уплотнения, что немного повышает пусковой момент. Для пыльных, влажных или прибрежных зон это обычно оправдано.
• Материал.Легированная сталь, кованая легированная сталь, высокопрочный чугун и нержавеющая сталь — каждая из них подходит для разных нагрузок, скоростей и условий коррозии. Выбирайте, исходя из условий эксплуатации, а не только по цене.

Не следует сравнивать показатели из разных источников, как если бы они были одинаковыми. Статическая несущая способность, динамическая несущая способность и удерживающий момент измеряются при разных условиях. Уточняйте, к какому условию относится каждое число.

Распространенные заблуждения, влияющие на дизайн.

За 30 лет работы в сфере проектирования систем передачи энергии я вижу, как одни и те же ошибки повторяются на ранних этапах разработки концепций. Именно их исправление обходится дороже всего в дальнейшем.

1. «Двигатель несёт на себе весь вес».Нет. Двигатель обеспечивает только крутящий момент рулевого управления. Расчет его размеров под конструктивную нагрузку приводит к нерациональному расходованию средств и места.
2. «Благодаря самоблокировке тормоз не требуется».Самоблокировка зависит от степени трения сетки. Вибрация или удар могут снизить её. Для обеспечения критически важного с точки зрения безопасности удержания следует добавить тормоз.
3. «Подшипник большего размера всегда безопаснее».Для более крупного кольца требуется более жесткая конструкция крепления. На гибкой раме дополнительная грузоподъемность не будет использована.
4. "Вертикальная нагрузка определяет размер."Обычно это определяется смещением нагрузки и опрокидывающим моментом.

Для проверки заявления поставщика запросите информацию о допустимой нагрузке, типе дорожки качения, данных о зубьях шестерни и методе контроля. Геометрию можно подтвердить с помощью контроля размеров, но только испытание под нагрузкой покажет, как ведет себя узел под воздействием момента. Мы проводим трехкоординатный контроль с помощью координатно-измерительной машины (CMM) и динамические испытания под нагрузкой, описанные в нашем разделе.контроль качества поворотного приводаЭта страница. Наше предприятие, сертифицированное по стандарту ISO 9001:2015, предоставляет эти записи по запросу.

Реальные примеры применения: где важен контроль нагрузки на рулевое управление

Реальные проекты демонстрируют, как распределение нагрузки работает на практике. Это примеры из практики наших клиентов, описанные в контексте их конкретных задач.

• Усиленное рулевое управление, Хьюстон, Техас.Производитель строительной техники заказал 150 единиц двухчервячных передач WED17-104-25HR. Рулевое управление колесами предполагает высокие боковые нагрузки и удары, поэтому распределение нагрузки на зубья между двумя червяками идеально подходит для таких условий эксплуатации. См. нашиWED поворотный приводдиапазон.
• Лесозаготовительные грейферные машины, Британская Колумбия.Производитель лесозаготовительной техники приобрел 30 единиц грейферов WED14-86-25BHR.5 с точностью 0,13° или выше. Нагрузки на грейферы смещены и переменны, поэтому важны как моментная несущая способность, так и низкий люфт.
• Портовые краны, Южная Корея.Производитель портового оборудования разместил повторный заказ на 20 единиц червячных передач WEA9-62-25HR. В технической спецификации указывалась точность позиционирования в пределах 0,15°, степень защиты IP65 и самоблокировка.

В трех рассматриваемых случаях используются разные типы привода для разных нагрузок на рулевое управление. Главный вывод таков: необходимо подобрать зубчатую передачу в соответствии с крутящим моментом и характером ударных воздействий, а подшипник — в соответствии с моментом.

Что подготовить перед запросом ценового предложения

На этапе разработки концепции инженер может дать полезную рекомендацию, основываясь лишь на нескольких исходных данных. Без них любая конкретная модель будет лишь предположением.

• Осевая нагрузка, радиальная нагрузка и опрокидывающий момент, а также расстояние от центра нагрузки до оси.
• Требуемый крутящий момент рулевого управления, скорость вращения и рабочий цикл.
• Точность позиционирования или целевой люфт
• Требования к удерживающему эффекту: только в статическом режиме или с вибрацией и ударами.
• Окружающая среда: пыль, вода, соль, температурный диапазон
• Жесткость монтажной рамы и плоскостность фланца, которых вы можете достичь.
• Входной привод: электродвигатель или гидравлический двигатель, а также интерфейс.

Минимальный объем заказа для стандартных изделий — 1 комплект, для изделий, изготовленных по индивидуальному заказу, — 5 комплектов. Приветствуются заказы образцов для тестирования. Как правило, мы отправляем техническое предложение в течение 24 часов, а стандартный производственный цикл составляет 9 дней. Если стандартный ассортимент вам не подходит,модифицированный поворотный приводможет изменить соотношение, интерфейс или уплотнение.

Наша расширенная 2-летняя гарантия качества распространяется на подтвержденные производственные дефекты с бесплатной заменой, а наши инженеры отвечают на технические вопросы в течение 48 часов. Если вы сравниваете только подшипниковую часть, начните с нашегоповоротный подшипникЗатем просмотрите диапазон, после чего проверьте, как привод и кольцо соединяются в вашей конструкции.