Пара шестерня-сателлит — сердце большинства систем передачи мощности, и именно здесь ошибки проектирования проявляются первыми — в виде шума, преждевременного износа или передачи, которая просто не служит долго. Сателлит, будучи меньшим и более быстро вращающимся элементом, совершает больше зацеплений в минуту и поэтому изнашивается быстрее шестерни. Правильно спроектировать пару — значит рассматривать два компонента как согласованную систему, а не как две отдельные детали, и обращать внимание на несколько параметров, которые определяют, будет ли передача работать тихо годами или выйдет из строя за месяцы.
Первое решение — число зубьев сателлита. Сателлит со слишком малым числом зубьев страдает от подрезки — режущий инструмент снимает материал у корня зуба, ослабляя его и снижая коэффициент перекрытия. Для стандартной цилиндрической шестерни с углом зацепления 20 градусов практический минимум составляет около 17 зубьев; ниже требуется смещение профиля или больший угол зацепления, чтобы избежать подрезки. Больше зубьев на сателлите обычно означает более плавную и тихую передачу, поскольку растёт коэффициент перекрытия, но это также вынуждает использовать большую шестерню при том же передаточном числе, что увеличивает размеры и стоимость. Распространённая отправная точка для промышленных передач — 18–24 зуба на сателлите, при этом шестерня рассчитывается под требуемое передаточное число.
Далее идут модуль и ширина зуба. Модуль должен быть достаточно большим, чтобы зуб сателлита выдерживал пиковый момент без разрушения на изгиб — быстрый расчет прочности на изгиб на этапе проектирования выявляет большинство слишком малых модулей. Ширина зуба обычно выражается отношением к модулю (ширина / модуль), и 8–12 типично для общих промышленных шестерён. Ширина более 14 модулей даёт убывающую отдачу, поскольку ошибки выравнивания и прогиб вала вызывают неравномерное распределение нагрузки по ширине, концентрируя износ на одном конце зуба. Для высокоскоростных или малошумных применений косозубые шестерни предпочтительнее прямозубых, поскольку постепенное зацепление снижает удар и шум, хотя они создают осевую силу, которую должны воспринимать подшипники.
Подбор материалов — часто упускаемая из виду деталь. В хорошо спроектированной паре сателлит тверже шестерни — обычно на 30–50 HB — чтобы износ распределялся равномерно, а не царапал более мягкий зуб сателлита. Распространённая пара — цементированный сателлит 58–62 HRC в паре с улучшенной шестерней 280–320 HB, либо обе шестерни улучшенные, но сателлит на ступень тверже. Нержавеющая сталь или бронза могут использоваться в коррозионных или пищевых средах, но имеют меньшую грузоподъёмность и требуют соответствующего увеличения модуля. Смазка и ожидаемая рабочая температура также влияют на выбор материала, особенно когда критична стойкость к питтингу.
Точность обработки должна соответствовать применению. Сателлит для высокоскоростного редуктора может потребовать шлифования IT5–IT6 и шероховатости профиля Ra 0,4 мкм или лучше, в то время как сателлит для медленного конвейера можно фрезеровать до IT8, и он будет работать надёжно. Сателлит почти всегда выдерживается с более tight допуском, чем шестерня, поскольку его меньший размер облегчает точную отделку, и поскольку любая ошибка сателлита повторяется чаще. Радиальное биение, ошибка шага и ошибка направления зуба — три измерения, за которыми нужно следить — биение вызывает периодический шум, ошибка шага генерирует высокочастотный свист, а ошибка направления вызывает неравномерный контакт по ширине.
На нашем заводе мы проектируем и обрабатываем пары шестерня-сателлит по чертежу, с собственным фрезерованием, шлифованием и контролем до IT4. Пришлите нам межосевое расстояние, передаточное число, момент и скорость, и мы порекомендуем число зубьев сателлита, модуль, подбор материалов и класс точности, которые обеспечат максимальный срок службы при минимальной стоимости — вместо того чтобы завышать каждый размер.