Na rozdíl od Lego ozubených kol a hřídelí zobrazených níže má většina motorů dokonale kulaté hřídele. To ztěžuje připevnění ozubených kol, řemenic a řetězových kol.
Hlavní způsoby připevnění ozubených kol na hřídele jsou lepidla, lisování, křížové vrtané otvory, lisování, stavěcí šrouby, drážky pro pero, evolventní drážky a pouzdra kuželového zámku. Většina průmyslových aplikací bude používat drážky pro pero a/nebo stavěcí šrouby. Zatímco lepidla a lisovací tvarovky se obvykle provádějí u aplikací s nízkým točivým momentem nebo hobby aplikací.
Pojďme prozkoumat každou metodu a zvážit klady a zápory. Budu také používat termíny; ozubená kola, řemenice, ozubená kola a vačky, zaměnitelně, protože tento článek se zabývá tím, jak je zařízení namontováno, nikoli tím, co dělá.
Lepidla
Lepidla se většinou používají v hobby aplikacích s plastovým ozubením. Nejen proto, že plastová ozubená kola nezvládnou velký točivý moment, ale také proto, že velikosti hřídelí zůstávají malé v průměru.
Jak se průměr hřídele zvyšuje, relativní pevnost lepeného spoje a pevnost hřídele jsou stejné na zhruba 3/16″ (5 mm) při použití konzervativní pevnosti lepidla 1000 psi (7 N/mm) a hřídele z oceli C1018 ( 54 ksi, 370 MPa).
Závěr: použití lepidel je dobrá volba pro malé hřídele
Jak již bylo zmíněno, většina výrobců lepidel udává pevnost ve smyku překrytí nejméně 1000 psi a někteří až 3000+ psi. Zkouška smykem překrytí se provádí tak, že se spolu s lepidlem spojí dvě dlouhé tenké tyče na měřitelné ploše. Konce tyčí jsou od sebe odtaženy až do selhání. Síla se vydělí plochou a výsledkem je pevnost ve smyku přesahu.
Obvykle navrhuji kolem nízkého počtu inzerované pevnosti ve smyku, protože ve hře je mnoho faktorů, které mohou snížit skutečnou pevnost. Mezi ně patří příprava povrchu, aplikace na plochu, teplota a vlhkost.
Před nanesením lepidla budete muset zdrsnit povrchy řemenice a hřídele brusným papírem (zrnitost ~200 – 300) nebo jemným pilníkem. To způsobí, že lepidlo bude mít malé zářezy, které se zachytí. Poté budete chtít vyčistit a odmastit čisticím prostředkem a poté zcela vysušit. Obvykle rád používám čistič brzd, protože ho mám kolem sebe.
Chcete-li zjistit, zda vaše aplikace vydrží aplikovaný krouticí moment. Použijte následující vzorce.
Kde Area je plocha povrchu mezi hřídelí a řemenicí, d je průměr hřídele, L je délka přesahu hřídele a řemenice, F je vnitřní smyková síla mezi hřídelí a řemenicí, Ssje pevnost ve smyku lepidla a T je aplikovaný (nebo maximální točivý moment).
Při použití průměrné smykové pevnosti lepidla 1000 psi, průměru 0,19 palce a délky překrytí 0,38 palce můžeme zjistit, že náš maximální točivý moment je 43,1 in lb.
Existují tři hlavní nevýhody použití metody lepidla pro připojení řemenice k hřídeli
Točivý moment je omezen průměrem a adhezivní silou, jak již bylo zmíněno
Existuje možnost mít hřídel a řemenici mimo střed a / nebo kolmo. To lze minimalizovat tolerancí mezi oběma, ale ne tak těsnou, že byste setřeli všechno lepidlo.
Neexistuje způsob, jak upravit nebo vyměnit součásti bez možnosti poškození 1 nebo obou součástí. Mít úpravu je důležité a tato metoda to vůbec neumožňuje.
Lisování
Lisování je osvědčený způsob připevnění ozubených kol na hřídele. Používá se v železničním průmyslu jako způsob, jak ušetřit peníze, když se sestavy kol opotřebují nebo se vykroutí.
Svařenec hlavního kola má přesně opracovaný průměr a kolem něj je poté nanesen tenký pásek z kalené oceli. Pás nebo "pneumatika" je ve skutečnosti menší než obrobený povrch. To umožňuje čas od času vyměnit nenákladný pás místo celé sestavy kola.
Následující video ukazuje, jak se pneumatika sundává z kola pomocí tepla. Pás se bude zvětšovat v průměru, jak teplota stoupá. Kolo (vnitřní průměr) zůstane zhruba stejně velké, protože má mnohem větší hmotnost a bude rychleji vyzařovat teplo.
V tomto okamžiku lze pásek sundat a nainstalovat nový stejným způsobem.
Protože zde není žádný mechanický zámek, je 100% založen na tření a může prokluzovat. Měření a určení lisovaného uložení je obtížné a obvykle je třeba provést předpoklady.
Kde Pr je tlak mezi povrchy, δ je velikost lisovaného uložení, d je průměr hřídele, doje vnější průměr náboje nebo ozubeného kola, dije vnitřní průměr hřídele (je-li dutý), μ je koeficient tření mezi materiály a E a ν jsou Youngův modul a Poissonův poměr materiálů.
Nalisovaná ozubená kola na hřídeli
Zahřátím materiálu se průměr zvětší; proto snížení velikosti lisovaného uložení, 5. Díky tomu je snazší nasedání nebo sesedání, ale konečný výsledek je po vychladnutí stejný.
Pokud to děláte doma s plastovými převody. Zkuste je zahřát v troubě na asi 175 stupňů až 200 stupňů (79 stupňů až 93 stupňů) a poté je nasuňte na hřídel.
Tato metoda je nastavitelná, ale není snadná a možná budete muset rozebrat více komponent, aby je teplo nezničilo.
Křížové vrtané otvory
Vyvrtání otvoru přes náboj převodovky i hřídel je skvělý způsob, jak získat velký točivý moment. Zabraňuje také přetížení hřídele, protože čep se uřízne (zlomí), pokud je točivý moment příliš velký. V této aplikaci lze použít tři hlavní typy kolíků, které jsou uvedeny níže od nejslabšího po nejsilnější.
Křížový vrtaný otvor s válečkovým (pružinovým) kolíkem
Rolovací (pružinové nebo štěrbinové) kolíky – Jedná se o ploché tyče, které byly srolovány do kulatého tvaru. Mají tendenci se otevírat pružinou (proto pružinové kolíky), což umožňuje dostatečné zalisování, takže kolík nevyklouzne. Doporučuji tyto před dalšími dvěma možnostmi.
Smykové kolíky – Tyto kolíky jsou pevné a mají zářez ve středu, kde je kolík navržen tak, aby selhal při určité síle. Je důležité získat kolík, kde bude zářez ve stejné rovině jako průměr hřídele.
Hmoždinky – Jedná se pouze o vysoce pevné pevné kolíky. Pokud je vaše díra příliš velká, budete je pravděpodobně muset přilepit na místo (také střižné kolíky). Pokud vaše aplikace změní směr nebo zatížení, můžete podpořit předčasné selhání lepidla a vypadnutí špendlíku.
Každý z kolíků bude mít inzerovanou pevnost a můžete si vybrat průměr a typ na základě rovnic níže. Fsje smyková síla, T je aplikovaný krouticí moment a d je průměr hřídele.
Tato metoda vám poskytuje velkou kapacitu pro zvládnutí většího krouticího momentu, ale po vyvrtání otvoru stále neumožňuje žádné nastavení. Pokud to pokazíte příliš často, hřídel bude vypadat jako švýcarský sýr.
Velkou výhodou je, že tento spoj zvládne téměř každý. Vše, co potřebujete, je vrtačka, vrtáky a kladivo.Doporučuji nejprve navrtat menší průměr 1/16 – 3/32 a zkontrolovat souosost párátkem.Pokud je dobrý, vyvrtejte jej na požadovaný průměr. Pokud ne, otočte na jinou část hřídele a zkuste to znovu.
Jak připevnit ozubená kola, řetězová kola a řemenice na hřídele
Napsal Corey Rasmussen v Gears, Mechanický design Poslední aktualizace 22. srpna 2024
Na rozdíl od Lego ozubených kol a hřídelí zobrazených níže má většina motorů dokonale kulaté hřídele. To ztěžuje připevnění ozubených kol, řemenic a řetězových kol.
Hlavní způsoby připevnění ozubených kol na hřídele jsou lepidla, lisování, křížové vrtané otvory, lisování, stavěcí šrouby, drážky pro pero, evolventní drážky a pouzdra kuželového zámku. Většina průmyslových aplikací bude používat drážky pro pero a/nebo stavěcí šrouby. Zatímco lepidla a lisovací tvarovky se obvykle provádějí u aplikací s nízkým točivým momentem nebo hobby aplikací.
Pojďme prozkoumat každou metodu a zvážit klady a zápory. Budu také používat termíny; ozubená kola, řemenice, ozubená kola a vačky, zaměnitelně, protože tento článek se zabývá tím, jak je zařízení namontováno, nikoli tím, co dělá.
Lepidla
Lepidla se většinou používají v hobby aplikacích s plastovým ozubením. Nejen proto, že plastová ozubená kola nezvládnou velký točivý moment, ale také proto, že velikosti hřídelí zůstávají malé v průměru.
Obrázek se svolením Creative Commons
Jste rádi, že se dozvíte více o technologii Gears?
Přihlaste se do ZDARMA komplexní mistrovské třídy návrhu ozubených kol od Mentored Engineer (hodnota 500 USD), která zahrnuje jeho kalkulačku planetárního ozubeného kola (hodnota 250 USD) a týdenní newsletter Mentored Engineer Newsletter
Jméno:
Nejlepší email:
The Comprehensive Gear Design Master Class je 17dílná série videí a textů, kde se naučíte:
Jak nastavit velikost ozubených kol tak, aby do sebe zapadaly
Vypočítejte namáhání zubů ozubeného kola
Vypočítejte převodové poměry v planetovém systému
Po absolvování tohoto kurzu budete poprvé schopni správně navrhnout a specifikovat převodovky pro vaše aplikace.
Kurz a kalkulačka mají dohromady hodnotu přes 750 $! ZDARMA
Respektujeme vaše e-mailové soukromí
Jak se průměr hřídele zvyšuje, relativní pevnost lepeného spoje a pevnost hřídele jsou stejné na zhruba 3/16″ (5 mm) při použití konzervativní pevnosti lepidla 1000 psi (7 N/mm) a hřídele z oceli C1018 ( 54 ksi, 370 MPa).
Závěr: použití lepidel je dobrá volba pro malé hřídele
Jak již bylo zmíněno, většina výrobců lepidel udává pevnost ve smyku překrytí nejméně 1000 psi a někteří až 3000+ psi. Zkouška smykem překrytí se provádí tak, že se spolu s lepidlem spojí dvě dlouhé tenké tyče na měřitelné ploše. Konce tyčí jsou od sebe odtaženy až do selhání. Síla se vydělí plochou a výsledkem je pevnost ve smyku přesahu.
Obvykle navrhuji kolem nízkého počtu inzerované pevnosti ve smyku, protože ve hře je mnoho faktorů, které mohou snížit skutečnou pevnost. Mezi ně patří příprava povrchu, aplikace na plochu, teplota a vlhkost.
Před nanesením lepidla budete muset zdrsnit povrchy řemenice a hřídele brusným papírem (zrnitost ~200 – 300) nebo jemným pilníkem. To způsobí, že lepidlo bude mít malé zářezy, které se zachytí. Poté budete chtít vyčistit a odmastit čisticím prostředkem a poté zcela vysušit. Obvykle rád používám čistič brzd, protože ho mám kolem sebe.
Chcete-li zjistit, zda vaše aplikace vydrží aplikovaný krouticí moment. Použijte následující vzorce.
Kde Area je plocha povrchu mezi hřídelí a řemenicí, d je průměr hřídele, L je délka přesahu hřídele a řemenice, F je vnitřní smyková síla mezi hřídelí a řemenicí, Ssje pevnost ve smyku lepidla a T je aplikovaný (nebo maximální točivý moment).
Při použití průměrné smykové pevnosti lepidla 1000 psi, průměru 0,19 palce a délky překrytí 0,38 palce můžeme zjistit, že náš maximální točivý moment je 43,1 in lb.
Existují tři hlavní nevýhody použití metody lepidla pro připojení řemenice k hřídeli
Točivý moment je omezen průměrem a adhezivní silou, jak již bylo zmíněno
Existuje možnost mít hřídel a řemenici mimo střed a / nebo kolmo. To lze minimalizovat tolerancí mezi oběma, ale ne tak těsnou, že byste setřeli všechno lepidlo.
Neexistuje způsob, jak upravit nebo vyměnit součásti bez možnosti poškození 1 nebo obou součástí. Mít úpravu je důležité a tato metoda to vůbec neumožňuje.
Spojení hřídelí dohromady? Podívejte se na náš průvodce hřídelovými spojkami.
Lisování
Lisování je osvědčený způsob připevnění ozubených kol na hřídele. Používá se v železničním průmyslu jako způsob, jak ušetřit peníze, když se sestavy kol opotřebují nebo se vykroutí.
Svařenec hlavního kola má přesně opracovaný průměr a kolem něj je poté nanesen tenký pásek z kalené oceli. Pás nebo "pneumatika" je ve skutečnosti menší než obrobený povrch. To umožňuje čas od času vyměnit nenákladný pás místo celé sestavy kola.
Následující video ukazuje, jak se pneumatika sundává z kola pomocí tepla. Pás se bude zvětšovat v průměru, jak teplota stoupá. Kolo (vnitřní průměr) zůstane zhruba stejně velké, protože má mnohem větší hmotnost a bude rychleji vyzařovat teplo.
V tomto okamžiku lze pásek sundat a nainstalovat nový stejným způsobem.
Protože zde není žádný mechanický zámek, je 100% založen na tření a může prokluzovat. Měření a určení lisovaného uložení je obtížné a obvykle je třeba provést předpoklady.
Super pomaléZdarma online kalkulačka uložení lisu hřídelenebo Go Pro
Kde Pr je tlak mezi povrchy, δ je velikost lisovaného uložení, d je průměr hřídele, doje vnější průměr náboje nebo ozubeného kola, dije vnitřní průměr hřídele (je-li dutý), μ je koeficient tření mezi materiály a E a ν jsou Youngův modul a Poissonův poměr materiálů.
Nalisovaná ozubená kola na hřídeli
Zahřátím materiálu se průměr zvětší; proto snížení velikosti lisovaného uložení, 5. Díky tomu je snazší nasedání nebo sesedání, ale konečný výsledek je po vychladnutí stejný.
Pokud to děláte doma s plastovými převody. Zkuste je zahřát v troubě na asi 175 stupňů až 200 stupňů (79 stupňů až 93 stupňů) a poté je nasuňte na hřídel.
Tato metoda je nastavitelná, ale není snadná a možná budete muset rozebrat více komponent, aby je teplo nezničilo.
Křížové vrtané otvory
Vyvrtání otvoru přes náboj převodovky i hřídel je skvělý způsob, jak získat velký točivý moment. Zabraňuje také přetížení hřídele, protože čep se uřízne (zlomí), pokud je točivý moment příliš velký. V této aplikaci lze použít tři hlavní typy kolíků, které jsou uvedeny níže od nejslabšího po nejsilnější.
Křížový vrtaný otvor s válečkovým (pružinovým) kolíkem
Rolovací (pružinové nebo štěrbinové) kolíky – Jedná se o ploché tyče, které byly srolovány do kulatého tvaru. Mají tendenci se otevírat pružinou (proto pružinové kolíky), což umožňuje dostatečné zalisování, takže kolík nevyklouzne. Doporučuji tyto před dalšími dvěma možnostmi.
Smykové kolíky – Tyto kolíky jsou pevné a mají zářez ve středu, kde je kolík navržen tak, aby selhal při určité síle. Je důležité získat kolík, kde bude zářez ve stejné rovině jako průměr hřídele.
Hmoždinky – Jedná se pouze o vysoce pevné pevné kolíky. Pokud je vaše díra příliš velká, budete je pravděpodobně muset přilepit na místo (také střižné kolíky). Pokud vaše aplikace změní směr nebo zatížení, můžete podpořit předčasné selhání lepidla a vypadnutí špendlíku.
Každý z kolíků bude mít inzerovanou pevnost a můžete si vybrat průměr a typ na základě rovnic níže. Fsje smyková síla, T je aplikovaný krouticí moment a d je průměr hřídele.
Tato metoda vám poskytuje velkou kapacitu pro zvládnutí většího krouticího momentu, ale po vyvrtání otvoru stále neumožňuje žádné nastavení. Pokud to pokazíte příliš často, hřídel bude vypadat jako švýcarský sýr.
Velkou výhodou je, že tento spoj zvládne téměř každý. Vše, co potřebujete, je vrtačka, vrtáky a kladivo.Doporučuji nejprve navrtat menší průměr 1/16 – 3/32 a zkontrolovat souosost párátkem.Pokud je dobrý, vyvrtejte jej na požadovaný průměr. Pokud ne, otočte na jinou část hřídele a zkuste to znovu.
KompreseNáboje
I když to není běžná metoda připevnění ozubených kol k hřídelům, je k dispozici. Jakmile je ozubené kolo nasunuto na hřídel, stavěcí šroub je utažen a tření přenáší točivý moment. Koeficient může být nedopatřením snížen v důsledku zaolejovaných hřídelí nebo použití ochrany proti zadření. Při použití této metody je nejlepší použít různé kovy.
Náklady na vytvoření reliéfů v komponentech způsobují, že tento typ metody je ve většině případů příliš nákladný.
Jen se tomuto typu kloubu vyhněte!
Stavěcí šrouby
Způsob připevnění (pouze) stavěcího šroubu na hřídel je velmi běžný u rozvodových řemenic, ozubených kol a řetězových kol.
Je těžké určit, jaký točivý moment můžete získat z takovéto spojky. Výsledek se může velmi lišit v důsledku koeficientu tření, použitého krouticího momentu, mazání závitů a typu stavěcího šroubu. Základní rovnice je následující:
Kde T je výstupní točivý moment, μ je koeficient tření, F je normálová síla jednoho stavěcího šroubu a d je průměr daftu.
Většina lidí prostě utáhne stavěcí šroub co nejvíce. Dokud řemenice neklouže z nadměrného točivého momentu, bude vše v pořádku. Když se tak stane, rychle opotřebujete drážku na hřídeli. Tím je průměr hřídele menší; čímž se sníží maximální točivý moment, kterého můžete dosáhnout.
Hlavní výhodou je, že tato metoda je 100% nastavitelná pro rotaci k hřídeli a po její délce. Obecně je tato metoda dostupná pouze s velikostí hřídele 1/2″ (13 mm) nebo menší.
Klínové drážky
Pro většinu průmyslových aplikací jsou standardem hřídele s perem.Zdaleka jakékoli běžné vybavení bude k dispozici v různých velikostech otvorů s otvory pro klíče. Můžete si je také koupit s nedokončenými otvory a vyříznout si vlastní drážku, pokud chcete.
Při výběru velikosti otvoru se ujistěte, že nevybíráte hřídel, která je příliš velká pro dané ozubené kolo. Nedávno jsem měl systém, který používal 10-ozubené kolo na 1" hřídeli. Systém měl při spuštění nějaké tlakové špičky a ve skutečnosti rozlomil ozubené kolo na polovinu.
Dokázal to udělat tak snadno, protože materiál mezi vnějškem náboje a drážkou pro pero měl tloušťku pouze 1/8 palce. Dokázali jsme to zdvojnásobit na ¼ přidáním jednoho zubu. To je situace, kdy by evolventní drážkování být lepší volbou (o tom později).
Většina ozubených kol je držena proti klouzání na hřídeli pouze jedním nebo dvěma stavěcími šrouby. Obecně platí, že jeden šroub bude na klíči a druhý bude vůči němu o 90 stupňů a bude přitlačovat hřídel. U čelních ozubených kol je to adekvátní, ale u spirálových ozubených kol musí být více kladného záběru na hřídeli, aby se zohlednilo boční zatížení. Možnými řešeními jsou axiální ložiska, kuželíková ložiska nebo pojistné kroužky.
