hirdetés
hirdetés

Hajtástechnika

A fogaskerékhajtás első igazi alternatívája

A gördülő elemes hajtás kifejlesztésének alapkérdése az volt, hogy megvalósítható-e forgástestek között – gördülőtestek közbeiktatásával – tiszta gördülésen alapuló, alakkal záró kapcsolat.

hirdetés

Az emberek évezredek óta használják a fogaskereket. Már az első hajtások teljesítették a két alapfeltételt, miszerint a hajtó- és hajtott kerék fogosztása egyenlő, és a fogak között nem lehet interferencia. Az ipari forradalomtól robbanásszerűen terjedtek a fogaskerekes hajtóművek. Igényként merült fel, hogy az áttétel egy fordulaton belül is állandó legyen. Ezt a feltételt az evolvens, ciklois fogprofilú fogazatok teljesítik.

Azonban a fogak között csúszás lép fel, ami lehetetlenné teszi a tökéletes holtjáték-mentesítést, és különösen a kitérő tengelyű hajtások esetében rossz hatásfokot eredményez. Ennek kiküszöbölésére már a XIX. század végétől próbálkoztak olyan hajtóművek megalkotásával, amelyek a gördülésen alapulnak. Ezek közös jellemzője, hogy a golyó (görgő) csak alakkal záró elem szerepét tölti be, és nem beszélhetünk tiszta gördülésről.

Leíró egyenlettől méretezésig

A gördülőelemes hajtás létrehozására irányuló kezdő lépés az volt, hogy le kellett írni a gördülő golyó mozgását a hajtó- és hajtott kerék között. Ez egy differenciálegyenlet-rendszerhez vezetett. Ennek bemenő paraméterei: tengelytáv, tengelyek szöge, áttételi arány, golyóátmérő, egy feltétel az erőátadás irányára vonatkozóan, a golyó térbeli pályájának (kapcsolódási görbe) egy pontja, illetve relatív forgásirány. A differenciálegyenlet-rendszer megoldásaként megkapjuk a golyó kapcsolódás közben befutott pályáját (kapcsolódási görbe), a golyóközéppont pályáját a kerekek koordináta-rendszerében (a horony fő vezérgörbéje), valamint a golyó és a horony érintkezési pontjainak összességét (gördülőgörbe).

A gördülőelemes hajtás egy elvi megoldása
A gördülőelemes hajtás egy elvi megoldása
Ezen adatok alapján a kerekek burkolófelülete CAD rendszerrel megszerkeszthető. A horonykeresztmetszet meghatározásához szilárdságtani megfontolásokra van szükség. A horonykeresztmetszet és a vezérgörbe, valamint a gördülőgörbék ismeretében megszerkeszthető a horonyfelület. Kidolgozásra került a hajtás szilárdságtani méretezésének egy analitikus módszere is, amely a Hertz-elméletet veszi alapul. Létezik megoldás a hajtás veszteségeinek becslésére is. A bemenő paraméterek változtatásával valamennyi hajtástechnikai problémára megoldást lehet találni, tehát a gördülőelemes hajtás a hagyományos fogaskerékhajtás első igazi alternatívája. 

Sikeres prototípusok

A prototípusok fejlesztése az Optometal Kft.-ben kezdődött 2003-ban, majd 2009-ben a Direct-Line Kft.-ben folytatódott, és jelenleg is itt folyik. A Direct-Line eszközparkja a gyártástechnológia fejlesztését is lehetővé teszi. Eddig három prototípus készült. Az egyik egy 1:10-es áttételű, kitérőtengelyű, 45°-os tengelyszögű hajtás, amelyet a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gép- és Terméktervezési Tanszékén teszteltek. A másik egy szintén 1:10-es áttételű szerszámgép-körasztalhajtás, amelyet a svájci Lehmann cég épített be a saját körasztalába és tesztelt.

 

 

A teszteredmények azt mutatták, hogy a hajtások statikus hatásfoka rendkívül magas (a gördülőhajtást tartalmazó körasztalt az eredetihez viszonyítva háromszoros sebességgel lehetett hajtani), és rugalmas befeszítéssel holtjáték-mentesíthető a hatásfok számottevő csökkenése nélkül. A nagy áttétel és a kitérő tengelyek ellenére a dinamikus hatásfok is magasabb volt a hagyományos fogaskerékhajtásénál. A harmadik egy 1:50-es áttételű, csigahajtásszerű megoldás. Ez a hajtómű a nagy áttétel ellenére gyorsító hajtásként is kiválóan működik.

A járművek tömegcsökkentésének egyik módja, hogy növeljük a motor fordulatszámát, ezáltal csökken a hajtáslánc tömege. Ehhez viszont jó hatásfokú, nagy áttételű hajtómű szükséges. A gördülőelemes hajtás alkalmas erre a célra, mert megnövelt áttételek esetén is jó a hatásfoka, és a hatásfok csak minimális mértékben csökken az áttétel növelésével. A holtjátékmentesség miatt kormányműben és differenciálmű-hajtásban való alkalmazás úgyszintén szóba jöhet.

Az elektromos autókban a motortömeg csökkentés is kedvező hatásfokú, nagy áttételű hajtómű alkalmazásával érhető el. A hajtást leíró differenciálegyenlet-rendszer változó áttétel mellett is megoldható (az áttételi függvény negatív értéket is felvehet!), ezért gördülőhajtáson alapuló, jó hatásfokú DMF rendszer (dual mass flywheel) építhető. Mivel a geometriai méretezéskor a relatív forgásirány bemenő paraméter, ezért olyan sebességváltó készíthető, amelyben a hátrameneti fokozatba nem kell közbetétkereket alkalmazni.

Irodalom
István Bogár: Roller transmission and gearing mechanism. Pat. no.:  EP1969254
Bogár I., Reith J., Mészáros I., Oláh L. M.: Technological problems of roller gearing mechanism, Gépészet 2010. Budapest, 2010. május, 25-26.
hirdetés
Ha hozzá kíván szólni, jelentkezzen be!
 
hirdetés
hirdetés
hirdetés

Kiadónk társoldalai

hirdetés