Az alább látható Lego fogaskerekekkel és tengelyekkel ellentétben a legtöbb motor tökéletesen kerek tengelyű. Ez megnehezíti a fogaskerekek, szíjtárcsák és lánckerekek felszerelését.
A fogaskerekek tengelyekhez való rögzítésének fő módjai a ragasztók, a préskötések, a keresztben fúrt furatok, a préselés, az állítócsavarok, a kulcshornyok, az evolúciós bordák és a kúpos rögzítőperselyek. A legtöbb ipari alkalmazás kulcshornyokat és/vagy rögzítőcsavarokat használ. Míg a ragasztókat és a préskötéseket általában alacsony nyomatékú vagy hobbi alkalmazásoknál végzik.
Vizsgáljuk meg az egyes módszereket, mérlegelve az előnyöket és hátrányokat. Én is használni fogom a kifejezéseket; fogaskerekek, szíjtárcsák, lánckerekek és bütykök, felváltva, mivel ez a cikk az eszköz felszerelésének módjáról szól, nem pedig arról, hogy mit csinál.
Ragasztók
A ragasztókat leggyakrabban hobbi alkalmazásokban használják műanyag fogaskerekes fogazattal. Nemcsak azért, mert a műanyag fogaskerekek nem bírnak nagy nyomatékkal, hanem azért is, mert a tengelyméretek átmérője kicsi marad.
Mivel a tengely átmérője növekszik, a ragasztókötés relatív szilárdsága és a tengely szilárdsága nagyjából 3/16" (5 mm) egyenlő, ha 1000 psi (7 N/mm) konzervatív ragasztószilárdságot és C1018 acél tengelyt használunk ( 54 ksi, 370 MPa).
Következtetés: a ragasztók használata jó választás kis tengelyekhez
Amint már említettük, a legtöbb ragasztógyártó legalább 1000 psi, egyesek pedig 3000+ psi átlapolási nyírószilárdságot hirdetnek. A lapnyírási tesztet úgy kell elvégezni, hogy két hosszú vékony rudat a ragasztóval egy mérhető területen rögzítenek egymáshoz. A rudak végeit a meghibásodásig széthúzzák. Az erőt elosztjuk a területtel, és az eredmény a lapos nyírószilárdság.
Általában az alacsony számú meghirdetett nyírószilárdság köré tervezem, mivel sok olyan tényező játszik szerepet, amely csökkentheti a tényleges szilárdságot. Ezek közé tartozik a felület előkészítése, a felületi felhordás, a hőmérséklet és a páratartalom.
A ragasztó felhordása előtt csiszolópapírral (~200-300 szemcseméretű) vagy finom reszelővel fel kell érdesíteni a tárcsa és a tengely felületét. Ezáltal a ragasztón apró rések lesznek, amelyeken megragadhat. Ezután érdemes megtisztítani és zsírtalanítani egy tisztítószerrel, majd teljesen megszáradni. Általában szeretek féktisztítót használni, mert van nálam.
Annak megállapítására, hogy az alkalmazás ellenáll-e az alkalmazott nyomatéknak. Használja a következő képleteket.
ahol az Area a tengely és a szíjtárcsa közötti felület, d a tengely átmérője, L a tengely és a szíjtárcsa átfedési hossza, F a tengely és a szíjtárcsa közötti belső nyíróerő, Ssa ragasztó nyírószilárdsága, és T az alkalmazott (vagy maximális nyomaték).
1000 psi átlagos tapadó nyírószilárdsággal, 0,19 hüvelykes átmérővel és 0,38 hüvelykes átfedési hosszral azt találjuk, hogy a maximális nyomatékunk 43,1 lb.
Három fő hátránya van annak, ha a ragasztós módszert használjuk a tárcsa tengelyhez való csatlakoztatására
A nyomatékot az átmérő és a tapadási szilárdság korlátozza, amint azt már említettük
Lehetőség van arra, hogy a tengely és a szíjtárcsa a középpontból és/vagy merőleges legyen. Ez minimálisra csökkenthető a kettő közötti tűréssel, de nem annyira szoros, hogy az összes ragasztót letörölje.
Nincs mód az alkatrészek beállítására vagy cseréjére az egyik vagy mindkét alkatrész károsodásának lehetősége nélkül. A beállítás fontos, és ez a módszer egyáltalán nem teszi lehetővé.
Prés-illesztés
A préskötés a fogaskerekek tengelyekhez való rögzítésének bevált módszere. A vasúti iparban pénzmegtakarítási módszerként használták, amikor a kerékszerelvények elhasználódnak vagy kimerülnek.
A fő kerékhegesztés precízen megmunkált átmérőjű, majd egy vékony edzett acélszalag kerül rá. A szalag vagy "abroncs" valójában kisebb, mint a megmunkált felület. Ez lehetővé teszi az olcsó szalag cseréjét időnként a teljes kerékegység helyett.
A következő videó bemutatja, hogyan távolítható el a gumiabroncs a kerékről hő hatására. A hőmérséklet emelkedésével a szalag átmérője megnő. A kerék (belső átmérője) nagyjából azonos méretű marad, mert sokkal nagyobb a tömege és gyorsabban sugározza ki a hőt.
Ezen a ponton a szalagot le lehet húzni, és ugyanazzal a módszerrel fel lehet szerelni egy újat.
Mivel ezen nincs mechanikus reteszelés, ezért 100%-ban súrlódáson alapul és tud csúszni. A préselési illeszkedés mérése és meghatározása nehéz, és általában feltételezéseket kell tenni.
ahol Pr a felületek közötti nyomás, δ a présillesztés mértéke, d a tengely átmérője, doaz agy vagy a fogaskerék külső átmérője, dia tengely belső átmérője (ha üreges), μ az anyagok közötti súrlódási együttható, E és ν pedig az anyagok Young-modulusa és Poisson-aránya.
A fogaskerekeket préseljük egy tengelyre
Az anyag felmelegítése növeli az átmérőt; ezért csökkentve a présillesztés mértékét, δ. Ez megkönnyíti a felszerelés fel- és leszállását, de a végeredmény ugyanaz, ha lehűl.
Ha ezt otthon, műanyag fogaskerekekkel csinálja. Melegítse fel őket a sütőben körülbelül 175-200 fokra (79-93 fok), majd csúsztassa őket a tengelyre.
Ez a módszer állítható, de nem könnyen, és előfordulhat, hogy több alkatrészt is szét kell szerelni, hogy a hő ne tegye tönkre azokat.
Kereszten fúrt lyukak
Ha lyukat fúrunk mind a fogaskerékagyon, mind a tengelyen keresztül, nagyszerű módja annak, hogy nagy nyomatékot érjünk el. Ezenkívül megakadályozza a tengely túlterhelését, mivel a csap elnyír (eltörik), ha a nyomaték túl nagy. Ebben az alkalmazásban három fő tűtípus használható az alábbiakban a leggyengébbtől a legerősebbig.
Kereszten fúrt lyuk tekercses (rugós) csappal
Görgős (rugós vagy hornyolt) csapok – ezek lapos rudak, amelyeket kör alakúra hengereltek. Hajlamosak kinyílni (tehát rugós csapok), ami elegendő szorítást tesz lehetővé ahhoz, hogy a csap ne csússzon ki. Ezt ajánlom a másik két lehetőség helyett.
Nyírócsapok – Ezek a csapok szilárdak, és van egy bevágás a felezőponton, ahol a csapot úgy tervezték, hogy bizonyos erő hatására meghibásodjon. Fontos, hogy olyan csapot kapjunk, ahol a bevágás ugyanabban a síkban lesz, mint a tengely átmérője.
Dübelcsapok – Ezek csak nagy szilárdságú tömör csapok. Ha a lyuk túl nagy, valószínűleg ezeket a helyükre kell ragasztani (nyírócsapokat is). Ha az alkalmazás megfordítja az irányt vagy a terhelést, elősegítheti a ragasztó idő előtti tönkremenetelét és a csap kiesését.
Mindegyik csapnak lesz meghirdetett szakítószilárdsága, és az alábbi egyenletek alapján kiválaszthatja az átmérőt és a típust. Fsa nyíróerő, T az alkalmazott nyomaték és d a tengely átmérője.
Ez a módszer nagy kapacitást biztosít nagyobb nyomaték kezelésére, de még mindig nem ad semmilyen beállítást a lyuk fúrása után. Ha túl sokszor elrontja, a szár úgy fog kinézni, mint a svájci sajt.
Fő előnye, hogy szinte bárki elkészítheti ezt a kötést. Csak egy fúróra, fúrószárra és egy kalapácsra van szüksége.Azt javaslom, hogy először fúrjon ki egy kisebb átmérőt, 1/16 – 3/32, és ellenőrizze az igazítást egy fogpiszkálóval.Ha jó, fúrja ki a kívánt átmérőre. Ha nem, forgassa a tengely másik részére, és próbálja újra.
Fogaskerekek, lánckerekek és szíjtárcsák rögzítése a tengelyekre
Írta: Corey Rasmussen, Gears, Mechanical Design Utolsó frissítés: 2024. augusztus 22.
Az alább látható Lego fogaskerekekkel és tengelyekkel ellentétben a legtöbb motor tökéletesen kerek tengelyű. Ez megnehezíti a fogaskerekek, szíjtárcsák és lánckerekek felszerelését.
A fogaskerekek tengelyekhez való rögzítésének fő módjai a ragasztók, a préskötések, a keresztben fúrt furatok, a préselés, az állítócsavarok, a kulcshornyok, az evolúciós bordák és a kúpos rögzítőperselyek. A legtöbb ipari alkalmazás kulcshornyokat és/vagy rögzítőcsavarokat használ. Míg a ragasztókat és a préskötéseket általában alacsony nyomatékú vagy hobbi alkalmazásoknál végzik.
Vizsgáljuk meg az egyes módszereket, mérlegelve az előnyöket és hátrányokat. Én is használni fogom a kifejezéseket; fogaskerekek, szíjtárcsák, lánckerekek és bütykök, felváltva, mivel ez a cikk az eszköz felszerelésének módjáról szól, nem pedig arról, hogy mit csinál.
Ragasztók
A ragasztókat leggyakrabban hobbi alkalmazásokban használják műanyag fogaskerekes fogazattal. Nemcsak azért, mert a műanyag fogaskerekek nem bírnak nagy nyomatékkal, hanem azért is, mert a tengelyméretek átmérője kicsi marad.
A kép a Creative Commons jóvoltából
Izgatottan szeretne többet megtudni a Gearsről?
Iratkozzon fel a mentorált mérnök INGYENES, átfogó felszereléstervezési mesterkurzusára (500 USD érték), amely magában foglalja a Planetary Gear kalkulátorát (250 USD érték) és a mentorált mérnök heti hírlevelét
Név:
Legjobb e-mail:
A Comprehensive Gear Design Master Class egy 17 részes videó- és szövegsorozat, ahol megtanulhatod:
Hogyan kell méretezni a fogaskerekeket, hogy hálóba illeszkedjenek
Számítsa ki a fogaskerék fogainak feszültségét
Számítsa ki a bolygórendszer áttételeit
A tanfolyam elvégzése után képes lesz az első alkalommal megfelelően megtervezni és specifikálni a sebességváltókat az Ön alkalmazásaihoz.
A tanfolyam és a kalkulátor együttes értéke több mint 750 dollár! INGYENESEN
Tiszteletben tartjuk e-mailjei adatvédelmét
Mivel a tengely átmérője növekszik, a ragasztókötés relatív szilárdsága és a tengely szilárdsága nagyjából 3/16" (5 mm) egyenlő, ha 1000 psi (7 N/mm) konzervatív ragasztószilárdságot és C1018 acél tengelyt használunk ( 54 ksi, 370 MPa).
Következtetés: a ragasztók használata jó választás kis tengelyekhez
Amint már említettük, a legtöbb ragasztógyártó legalább 1000 psi, egyesek pedig 3000+ psi átlapolási nyírószilárdságot hirdetnek. A lapnyírási tesztet úgy kell elvégezni, hogy két hosszú vékony rudat a ragasztóval egy mérhető területen rögzítenek egymáshoz. A rudak végeit a meghibásodásig széthúzzák. Az erőt elosztjuk a területtel, és az eredmény a lapos nyírószilárdság.
Általában az alacsony számú meghirdetett nyírószilárdság köré tervezem, mivel sok olyan tényező játszik szerepet, amely csökkentheti a tényleges szilárdságot. Ezek közé tartozik a felület előkészítése, a felületi felhordás, a hőmérséklet és a páratartalom.
A ragasztó felhordása előtt csiszolópapírral (~200-300 szemcseméretű) vagy finom reszelővel fel kell érdesíteni a tárcsa és a tengely felületét. Ezáltal a ragasztón apró rések lesznek, amelyeken megragadhat. Ezután érdemes megtisztítani és zsírtalanítani egy tisztítószerrel, majd teljesen megszáradni. Általában szeretek féktisztítót használni, mert van nálam.
Annak megállapítására, hogy az alkalmazás ellenáll-e az alkalmazott nyomatéknak. Használja a következő képleteket.
ahol az Area a tengely és a szíjtárcsa közötti felület, d a tengely átmérője, L a tengely és a szíjtárcsa átfedési hossza, F a tengely és a szíjtárcsa közötti belső nyíróerő, Ssa ragasztó nyírószilárdsága, és T az alkalmazott (vagy maximális nyomaték).
1000 psi átlagos tapadó nyírószilárdsággal, 0,19 hüvelykes átmérővel és 0,38 hüvelykes átfedési hosszral azt találjuk, hogy a maximális nyomatékunk 43,1 lb.
Három fő hátránya van annak, ha a ragasztós módszert használjuk a tárcsa tengelyhez való csatlakoztatására
A nyomatékot az átmérő és a tapadási szilárdság korlátozza, amint azt már említettük
Lehetőség van arra, hogy a tengely és a szíjtárcsa a középpontból és/vagy merőleges legyen. Ez minimálisra csökkenthető a kettő közötti tűréssel, de nem annyira szoros, hogy az összes ragasztót letörölje.
Nincs mód az alkatrészek beállítására vagy cseréjére az egyik vagy mindkét alkatrész károsodásának lehetősége nélkül. A beállítás fontos, és ez a módszer egyáltalán nem teszi lehetővé.
Csatlakozik a Shaftshoz? Tekintse meg a tengelycsatlakozók útmutatóját.
Prés-illesztés
A préskötés a fogaskerekek tengelyekhez való rögzítésének bevált módszere. A vasúti iparban pénzmegtakarítási módszerként használták, amikor a kerékszerelvények elhasználódnak vagy kimerülnek.
A fő kerékhegesztés precízen megmunkált átmérőjű, majd egy vékony edzett acélszalag kerül rá. A szalag vagy "abroncs" valójában kisebb, mint a megmunkált felület. Ez lehetővé teszi az olcsó szalag cseréjét időnként a teljes kerékegység helyett.
A következő videó bemutatja, hogyan távolítható el a gumiabroncs a kerékről hő hatására. A hőmérséklet emelkedésével a szalag átmérője megnő. A kerék (belső átmérője) nagyjából azonos méretű marad, mert sokkal nagyobb a tömege és gyorsabban sugározza ki a hőt.
Ezen a ponton a szalagot le lehet húzni, és ugyanazzal a módszerrel fel lehet szerelni egy újat.
Mivel ezen nincs mechanikus reteszelés, ezért 100%-ban súrlódáson alapul és tud csúszni. A préselési illeszkedés mérése és meghatározása nehéz, és általában feltételezéseket kell tenni.
Szuper lassúIngyenes online Shaft Press Fit kalkulátorvagy Go Pro
ahol Pr a felületek közötti nyomás, δ a présillesztés mértéke, d a tengely átmérője, doaz agy vagy a fogaskerék külső átmérője, dia tengely belső átmérője (ha üreges), μ az anyagok közötti súrlódási együttható, E és ν pedig az anyagok Young-modulusa és Poisson-aránya.
A fogaskerekeket préseljük egy tengelyre
Az anyag felmelegítése növeli az átmérőt; ezért csökkentve a présillesztés mértékét, δ. Ez megkönnyíti a felszerelés fel- és leszállását, de a végeredmény ugyanaz, ha lehűl.
Ha ezt otthon, műanyag fogaskerekekkel csinálja. Melegítse fel őket a sütőben körülbelül 175-200 fokra (79-93 fok), majd csúsztassa őket a tengelyre.
Ez a módszer állítható, de nem könnyen, és előfordulhat, hogy több alkatrészt is szét kell szerelni, hogy a hő ne tegye tönkre azokat.
Kereszten fúrt lyukak
Ha lyukat fúrunk mind a fogaskerékagyon, mind a tengelyen keresztül, nagyszerű módja annak, hogy nagy nyomatékot érjünk el. Ezenkívül megakadályozza a tengely túlterhelését, mivel a csap elnyír (eltörik), ha a nyomaték túl nagy. Ebben az alkalmazásban három fő tűtípus használható az alábbiakban a leggyengébbtől a legerősebbig.
Kereszten fúrt lyuk tekercses (rugós) csappal
Görgős (rugós vagy hornyolt) csapok – ezek lapos rudak, amelyeket kör alakúra hengereltek. Hajlamosak kinyílni (tehát rugós csapok), ami elegendő szorítást tesz lehetővé ahhoz, hogy a csap ne csússzon ki. Ezt ajánlom a másik két lehetőség helyett.
Nyírócsapok – Ezek a csapok szilárdak, és van egy bevágás a felezőponton, ahol a csapot úgy tervezték, hogy bizonyos erő hatására meghibásodjon. Fontos, hogy olyan csapot kapjunk, ahol a bevágás ugyanabban a síkban lesz, mint a tengely átmérője.
Dübelcsapok – Ezek csak nagy szilárdságú tömör csapok. Ha a lyuk túl nagy, valószínűleg ezeket a helyükre kell ragasztani (nyírócsapokat is). Ha az alkalmazás megfordítja az irányt vagy a terhelést, elősegítheti a ragasztó idő előtti tönkremenetelét és a csap kiesését.
Mindegyik csapnak lesz meghirdetett szakítószilárdsága, és az alábbi egyenletek alapján kiválaszthatja az átmérőt és a típust. Fsa nyíróerő, T az alkalmazott nyomaték és d a tengely átmérője.
Ez a módszer nagy kapacitást biztosít nagyobb nyomaték kezelésére, de még mindig nem ad semmilyen beállítást a lyuk fúrása után. Ha túl sokszor elrontja, a szár úgy fog kinézni, mint a svájci sajt.
Fő előnye, hogy szinte bárki elkészítheti ezt a kötést. Csak egy fúróra, fúrószárra és egy kalapácsra van szüksége.Azt javaslom, hogy először fúrjon ki egy kisebb átmérőt, 1/16 – 3/32, és ellenőrizze az igazítást egy fogpiszkálóval.Ha jó, fúrja ki a kívánt átmérőre. Ha nem, forgassa a tengely másik részére, és próbálja újra.
TömörítésHubok
Bár nem általános módszer a fogaskerekek tengelyekhez való rögzítésére, elérhető. Miután a fogaskereket átcsúsztatták a tengelyen, a beállítócsavar meghúzódik, és a súrlódás továbbviszi a nyomatékot. Az együttható véletlenül csökkenthető olajos tengelyek vagy beragadásgátló használata miatt. Ennek a módszernek a használatakor a legjobb, ha eltérő fémeket használ.
Az alkatrészek domborításainak elkészítési költsége a legtöbb esetben megfizethetetlenné teszi ezt a típusú módszert.
Csak kerüld az ilyen típusú ízületeket!
Állítsa be a csavarokat
Az állítócsavaros (csak) tengelyhez való rögzítés nagyon elterjedt a vezérműtárcsák, fogaskerekek és lánckerekek esetében.
Nehéz meghatározni, hogy egy ilyen tengelykapcsolóból milyen nyomatékot lehet kihozni. Az eredmény vadul változhat a súrlódási tényező, az alkalmazott nyomaték, a menetek kenése és az állítócsavar típusa miatt. Az alapegyenlet a következő:
Ahol T a kimenő nyomaték, μ a súrlódási együttható, F az egyik rögzítőcsavar által kifejtett normál erő, és d az eltolt átmérő.
A legtöbben csak meghúzzák a rögzítőcsavart, amennyire csak lehetséges. Amíg a szíjtárcsa nem csúszik a túlzott nyomatéktól, minden rendben lesz. Azonban ha ez megtörténik, akkor gyorsan hornyot hord a tengelybe. Ez csökkenti a tengely átmérőjét; így csökken az elérhető maximális nyomaték.
A fő előny az, hogy ez a módszer 100%-ban állítható a tengelyhez és annak hossza mentén történő elforgatásához. Általában ez a módszer csak 1/2 hüvelykes (13 mm) vagy kisebb tengelymérettel érhető el.
Kulcshornyok
A legtöbb ipari alkalmazásnál a szabvány a kulcsos tengelyek.Messze a polcon kívüli fogaskerekek különféle méretű, kulcsnyílásokkal ellátott furatokban kaphatók. Befejezetlen furatokkal is megvásárolhatja őket, és ha szeretné, saját kulcshornyot vághat ki.
A furatméret kiválasztásakor ügyeljen arra, hogy ne olyan tengelyt válasszon, amely túl nagy a fogaskerékhez képest. Nemrég volt egy rendszerem, amely egy 10-fogas lánckereket használt egy 1"-es tengelyen. A rendszerben volt néhány nyomáscsúcs indításkor, és valójában kettétörte a lánckerék.
Ezt azért tudta ilyen egyszerűen megtenni, mert az agy külseje és a kulcshorony közötti anyag csak 1/8" vastag volt. Ezt egy fog hozzáadásával ¼-re tudtuk megduplázni. Ez az a helyzet, amikor egy evolvens spline jobb választás (erről később).
A legtöbb fogaskereket egy vagy két rögzítőcsavar tartja a tengelyen való elcsúszástól. Általában az egyik csavar a kulcson van, a másik pedig 90 fokos szögben áll hozzá, és a tengelyhez nyomódik. Homlokkerekes fogaskerekek esetén ez megfelelő, de a csavarkerekes fogaskerekek esetében több pozitív kapcsolódásra van szükség a tengelyen, hogy figyelembe vegyék az oldalsó terhelést. A lehetséges megoldások a nyomócsapágyak, a kúpgörgős csapágyak vagy a rögzítőgyűrűk.
