За разлика от зъбните колела и валовете на Lego, показани по-долу, повечето двигатели имат идеално кръгли валове. Това затруднява закрепването на зъбни колела, ролки и зъбни колела.
Основните методи за закрепване на зъбни колела към валове са лепила, пресоване, напречно пробиване на отвори, компресия, фиксиращи винтове, шпонкови канали, еволвентни шлици и конусни заключващи втулки. Повечето промишлени приложения ще използват шпонкови канали и/или фиксиращи винтове. Докато лепилата и пресоването обикновено се правят при приложения с нисък въртящ момент или хоби.
Нека проучим всеки метод, претегляйки плюсовете и минусите. Аз също ще използвам термините; зъбни колела, ролки, зъбни колела и гърбици, взаимозаменяеми, тъй като тази статия разглежда как е монтирано устройството, а не какво прави.
Лепила
Лепилата се използват най-вече в хоби приложения с пластмасови зъбни колела. Не само защото пластмасовите зъбни колела не могат да се справят с голям въртящ момент, но и защото размерите на валовете остават малки по диаметър.
Тъй като диаметърът на вала се увеличава, относителната якост на лепилната връзка и якостта на вала са равни на приблизително 3/16″ (5 mm) при използване на консервативна якост на лепилото от 1000 psi (7 N/mm) и вал от стомана C1018 ( 54 ksi, 370 MPa).
Заключение: използването на лепила е добър избор за малки шахти
Както споменахме, повечето производители на лепила ще рекламират якост на срязване при припокриване от поне 1000 psi, а някои достигат до 3000+ psi. Тестът за срязване в скута се извършва чрез две дълги тънки пръти, закрепени заедно с лепилото върху измерима площ. Краищата на прътите се раздърпват до повреда. Силата се дели на площта и резултатът е якостта на срязване на обиколката.
Обикновено проектирам около ниския брой рекламирани якости на срязване тук, тъй като има много фактори, които могат да намалят действителната якост. Сред тях са подготовка на повърхността, нанасяне на повърхността, температура и влажност.
Преди да нанесете лепилото, ще трябва да нагрубите повърхностите на шайбата и вала с шкурка (~200 – 300 песъчинки) или фина пила. Това ще даде на лепилото малки резки, за които да се хване. След това ще искате да почистите и обезмаслите с почистващ препарат и след това да изсъхнете напълно. Обикновено обичам да използвам препарат за почистване на спирачки, защото го имам наоколо.
За да разберете дали вашето приложение ще издържи на приложения въртящ момент. Използвайте следните формули.
Където Area е площта на повърхността между вала и ролката, d е диаметърът на вала, L е дължината на припокриване за вала и ролката, F е вътрешната сила на срязване между вала и шайбата, Ssе якостта на срязване на лепилото, а Т е приложеният (или максималният въртящ момент).
Използвайки средна адхезивна якост на срязване от 1000 psi, диаметър от 0,19 in и дължина на припокриване от 0,38 in, можем да открием, че нашият максимален въртящ момент е 43,1 in lb.
Има три основни недостатъка на използването на метода на залепване за свързване на макара към вал
Въртящият момент е ограничен от диаметъра и силата на залепване, както вече беше споменато
Има възможност валът и ролката да са извън центъра и/или перпендикулярни. Това може да бъде сведено до минимум чрез толеранса между двете, но не толкова плътно, че да изтриете цялото лепило.
Няма начин да регулирате или смените компонентите без възможността да повредите 1 или и двата компонента. Наличието на корекция е важно и този метод изобщо не го позволява.
Прес монтаж
Пресоването е изпитан и надежден метод за закрепване на зъбни колела към валове. Той се използва в железопътната индустрия като метод за спестяване на пари, когато възлите на колелата се износват или не са кръгли.
Заварката на основното колело има прецизно обработен диаметър и след това около нея се нанася тънка лента от закалена стомана. Лентата или "гумата" всъщност е по-малка от обработената повърхност. Това позволява евтината лента да се сменя от време на време вместо цялото колело.
Следното видео показва как гумата се отстранява от колелото с помощта на топлина. Лентата ще се разшири в диаметър с повишаване на температурата. Колелото (вътрешен диаметър) ще остане приблизително със същия размер, защото има много по-голяма маса и ще излъчва топлина по-бързо.
В този момент лентата може да бъде свалена и нова да се монтира по същия метод.
Тъй като това няма механично заключване, то е 100% базирано на триене и може да се плъзне. Измерването и определянето на прилягането е трудно и обикновено трябва да се правят предположения.
Където Pr е налягането между повърхностите, δ е степента на пресово прилягане, d е диаметърът на вала, doе външният диаметър на главината или зъбното колело, diе вътрешният диаметър на вала (ако е кух), μ е коефициентът на триене между материалите, а E и ν са модулът на Юнг и коефициентът на Поасон на материалите.
Пресови зъбни колела на вал
Загряването на материала ще увеличи диаметъра; следователно, намаляване на степента на пресово прилягане, δ. Това прави екипировката по-лесна за качване или сваляне, но крайният резултат е същият, след като изстине.
Ако правите това у дома с пластмасови зъбни колела. Опитайте да ги загреете във фурната на около 175 градуса до 200 градуса (79 градуса до 93 градуса) и след това да ги плъзнете върху вала.
Този метод е регулируем, но не е лесен и може да се наложи да разглобите множество компоненти, така че топлината да не ги унищожи.
Кръстосано пробити отвори
Пробиването на отвор както през главината на зъбното колело, така и през вала е чудесен начин да получите много въртящ момент. Освен това предотвратява претоварването на вала, тъй като щифтът ще се среже (счупи), ако въртящият момент е твърде голям. Има три основни вида щифтове, които да използвате в това приложение, изброени по-долу от най-слабите до най-силните.
Напречно пробит отвор с ролков (пружинен) щифт
Ролкови (пружинни или шлицови) щифтове – Това са плоски пръти, които са били навити до кръгла форма. Те са склонни да се отварят с пружина (следователно пружинните щифтове), което позволява достатъчно притискане, така че щифтът да не се изплъзне. Препоръчвам тези пред другите два варианта.
Срязващи щифтове – Тези щифтове са твърди и имат прорез в средната точка, където щифтът е проектиран да се повреди при определена сила. Важно е да вземете щифт, където прорезът ще бъде в същата равнина като диаметъра на вала.
Дюбелни щифтове – Това са само твърди щифтове с висока якост. Ако дупката ви е твърде голяма, вероятно ще трябва да ги залепите на място (също и щифтове). Ако вашето приложение обърне посоката или натоварването, можете да насърчите лепилото да се повреди преждевременно и щифтът да падне.
Всеки от щифтовете ще има обявена якост на скъсване и можете да изберете диаметъра и типа въз основа на уравненията по-долу. Еsе силата на срязване, T е приложеният въртящ момент и d е диаметърът на вала.
Този метод ви дава много капацитет да се справите с повече въртящ момент, но все още не дава никаква настройка, след като дупката е пробита. Ако бъркате твърде много пъти, валът ще изглежда като швейцарско сирене.
Основното предимство е, че почти всеки може да направи тази връзка. Необходими са ви само бормашина, боркорони и чук.Препоръчвам първо да пробиете по-малък диаметър 1/16 – 3/32 и да проверите подравняването си с клечка за зъби.Ако е добро, пробийте го до желания диаметър. Ако не, завъртете до друга част на вала и опитайте отново.
Как да прикрепите зъбни колела, зъбни колела и макари към валове
Написано от Кори Расмусен в Gears, Mechanical Design Последна актуализация на 22 август 2024 г.
За разлика от зъбните колела и валовете на Lego, показани по-долу, повечето двигатели имат идеално кръгли валове. Това затруднява закрепването на зъбни колела, ролки и зъбни колела.
Основните методи за закрепване на зъбни колела към валове са лепила, пресоване, напречно пробиване на отвори, компресия, фиксиращи винтове, шпонкови канали, еволвентни шлици и конусни заключващи втулки. Повечето промишлени приложения ще използват шпонкови канали и/или фиксиращи винтове. Докато лепилата и пресоването обикновено се правят при приложения с нисък въртящ момент или хоби.
Нека проучим всеки метод, претегляйки плюсовете и минусите. Аз също ще използвам термините; зъбни колела, ролки, зъбни колела и гърбици, взаимозаменяеми, тъй като тази статия разглежда как е монтирано устройството, а не какво прави.
Лепила
Лепилата се използват най-вече в хоби приложения с пластмасови зъбни колела. Не само защото пластмасовите зъбни колела не могат да се справят с голям въртящ момент, но и защото размерите на валовете остават малки по диаметър.
Изображението е предоставено с любезното съдействие на Creative Commons
Вълнувате ли се да научите повече за Gears?
Регистрирайте се за БЕЗПЛАТНИЯ всеобхватен майсторски клас по проектиране на съоръжения на Mentored Engineer (на стойност $500), който включва неговия планетарен калкулатор на съоръжения (на стойност $250) и седмичен бюлетин на Mentored Engineer
Име:
Най-добър имейл:
Изчерпателният майсторски клас по дизайн на оборудване е серия от 17 части от видеоклипове и текст, където ще научите:
Как да оразмерите зъбни колела, така че да зацепват
Изчислете напрежението върху зъбите на зъбното колело
Изчислете предавателните отношения в планетарната система
След завършване на този курс ще можете да проектирате и спецификирате скоростни кутии за вашите приложения от първия път.
Курсът и калкулаторът имат обща стойност над $750! БЕЗПЛАТНО
Ние уважаваме поверителността на вашия имейл
Тъй като диаметърът на вала се увеличава, относителната якост на лепилната връзка и якостта на вала са равни на приблизително 3/16″ (5 mm) при използване на консервативна якост на лепилото от 1000 psi (7 N/mm) и вал от стомана C1018 ( 54 ksi, 370 MPa).
Заключение: използването на лепила е добър избор за малки шахти
Както споменахме, повечето производители на лепила ще рекламират якост на срязване при припокриване от поне 1000 psi, а някои достигат до 3000+ psi. Тестът за срязване в скута се извършва чрез две дълги тънки пръти, закрепени заедно с лепилото върху измерима площ. Краищата на прътите се раздърпват до повреда. Силата се дели на площта и резултатът е якостта на срязване на обиколката.
Обикновено проектирам около ниския брой рекламирани якости на срязване тук, тъй като има много фактори, които могат да намалят действителната якост. Сред тях са подготовка на повърхността, нанасяне на повърхността, температура и влажност.
Преди да нанесете лепилото, ще трябва да нагрубите повърхностите на шайбата и вала с шкурка (~200 – 300 песъчинки) или фина пила. Това ще даде на лепилото малки резки, за които да се хване. След това ще искате да почистите и обезмаслите с почистващ препарат и след това да изсъхнете напълно. Обикновено обичам да използвам препарат за почистване на спирачки, защото го имам наоколо.
За да разберете дали вашето приложение ще издържи на приложения въртящ момент. Използвайте следните формули.
Където Area е площта на повърхността между вала и ролката, d е диаметърът на вала, L е дължината на припокриване за вала и ролката, F е вътрешната сила на срязване между вала и шайбата, Ssе якостта на срязване на лепилото, а Т е приложеният (или максималният въртящ момент).
Използвайки средна адхезивна якост на срязване от 1000 psi, диаметър от 0,19 in и дължина на припокриване от 0,38 in, можем да открием, че нашият максимален въртящ момент е 43,1 in lb.
Има три основни недостатъка на използването на метода на залепване за свързване на макара към вал
Въртящият момент е ограничен от диаметъра и силата на залепване, както вече беше споменато
Има възможност валът и ролката да са извън центъра и/или перпендикулярни. Това може да бъде сведено до минимум чрез толеранса между двете, но не толкова плътно, че да изтриете цялото лепило.
Няма начин да регулирате или смените компонентите без възможността да повредите 1 или и двата компонента. Наличието на корекция е важно и този метод изобщо не го позволява.
Съединяване на валове заедно? Вижте нашето ръководство за съединители на валове.
Прес монтаж
Пресоването е изпитан и надежден метод за закрепване на зъбни колела към валове. Той се използва в железопътната индустрия като метод за спестяване на пари, когато възлите на колелата се износват или не са кръгли.
Заварката на основното колело има прецизно обработен диаметър и след това около нея се нанася тънка лента от закалена стомана. Лентата или "гумата" всъщност е по-малка от обработената повърхност. Това позволява евтината лента да се сменя от време на време вместо цялото колело.
Следното видео показва как гумата се отстранява от колелото с помощта на топлина. Лентата ще се разшири в диаметър с повишаване на температурата. Колелото (вътрешен диаметър) ще остане приблизително със същия размер, защото има много по-голяма маса и ще излъчва топлина по-бързо.
В този момент лентата може да бъде свалена и нова да се монтира по същия метод.
Тъй като това няма механично заключване, то е 100% базирано на триене и може да се плъзне. Измерването и определянето на прилягането е трудно и обикновено трябва да се правят предположения.
Супер бавноБезплатен онлайн калкулатор за пресоване на валаили Go Pro
Където Pr е налягането между повърхностите, δ е степента на пресово прилягане, d е диаметърът на вала, doе външният диаметър на главината или зъбното колело, diе вътрешният диаметър на вала (ако е кух), μ е коефициентът на триене между материалите, а E и ν са модулът на Юнг и коефициентът на Поасон на материалите.
Пресови зъбни колела на вал
Загряването на материала ще увеличи диаметъра; следователно, намаляване на степента на пресово прилягане, δ. Това прави екипировката по-лесна за качване или сваляне, но крайният резултат е същият, след като изстине.
Ако правите това у дома с пластмасови зъбни колела. Опитайте да ги загреете във фурната на около 175 градуса до 200 градуса (79 градуса до 93 градуса) и след това да ги плъзнете върху вала.
Този метод е регулируем, но не е лесен и може да се наложи да разглобите множество компоненти, така че топлината да не ги унищожи.
Кръстосано пробити отвори
Пробиването на отвор както през главината на зъбното колело, така и през вала е чудесен начин да получите много въртящ момент. Освен това предотвратява претоварването на вала, тъй като щифтът ще се среже (счупи), ако въртящият момент е твърде голям. Има три основни вида щифтове, които да използвате в това приложение, изброени по-долу от най-слабите до най-силните.
Напречно пробит отвор с ролков (пружинен) щифт
Ролкови (пружинни или шлицови) щифтове – Това са плоски пръти, които са били навити до кръгла форма. Те са склонни да се отварят с пружина (следователно пружинните щифтове), което позволява достатъчно притискане, така че щифтът да не се изплъзне. Препоръчвам тези пред другите два варианта.
Срязващи щифтове – Тези щифтове са твърди и имат прорез в средната точка, където щифтът е проектиран да се повреди при определена сила. Важно е да вземете щифт, където прорезът ще бъде в същата равнина като диаметъра на вала.
Дюбелни щифтове – Това са само твърди щифтове с висока якост. Ако дупката ви е твърде голяма, вероятно ще трябва да ги залепите на място (също и щифтове). Ако вашето приложение обърне посоката или натоварването, можете да насърчите лепилото да се повреди преждевременно и щифтът да падне.
Всеки от щифтовете ще има обявена якост на скъсване и можете да изберете диаметъра и типа въз основа на уравненията по-долу. Еsе силата на срязване, T е приложеният въртящ момент и d е диаметърът на вала.
Този метод ви дава много капацитет да се справите с повече въртящ момент, но все още не дава никаква настройка, след като дупката е пробита. Ако бъркате твърде много пъти, валът ще изглежда като швейцарско сирене.
Основното предимство е, че почти всеки може да направи тази връзка. Необходими са ви само бормашина, боркорони и чук.Препоръчвам първо да пробиете по-малък диаметър 1/16 – 3/32 и да проверите подравняването си с клечка за зъби.Ако е добро, пробийте го до желания диаметър. Ако не, завъртете до друга част на вала и опитайте отново.
КомпресияХъбове
Въпреки че не е обичаен метод за закрепване на зъбни колела към валове, той е наличен. След като зъбното колело се плъзне по вала, фиксиращият винт се затяга и триенето ще носи въртящия момент. Коефициентът може да бъде намален по невнимание поради омаслени валове или използването на антизадирване. Най-добре е да използвате разнородни метали, когато използвате този метод.
Разходите за изработване на релефите в компонентите правят този тип метод непосилно висок в повечето случаи.
Просто избягвайте този тип стави!
Закрепващи винтове
Методът за закрепване към вал (само с фиксиращия винт) е много често срещан при синхронизиращите ролки, зъбни колела и зъбни колела.
Трудно е да се определи какъв вид въртящ момент можете да получите от съединител като този. Резултатът може да варира значително поради коефициента на триене, приложения въртящ момент, смазването на резбите и типа на фиксиращия винт. Основното уравнение е както следва:
Където T е изходящият въртящ момент, μ е коефициентът на триене, F е нормалната сила от един фиксиращ винт и d е диаметърът на дъгата.
Повечето хора просто затягат фиксиращия винт колкото е възможно повече. Докато шайбата не се плъзга от прекомерен въртящ момент, всичко ще бъде наред. Когато обаче се случи, бързо ще износите жлеб в вала. Това прави диаметъра на вала ви по-малък; като по този начин намалявате максималния въртящ момент, който можете да постигнете.
Основното предимство е, че този метод е 100% регулируем за въртене към вала и по дължината му. По принцип този метод е наличен само с размери на вала 1/2″ (13 mm) или по-малко.
Шпонкови канали
За повечето индустриални приложения стандартът е шпонкови валове.Досега всяка готова екипировка ще бъде налична в различни отвори, оразмерени със слотове за ключове. Можете също така да ги купите с незавършени отвори и да изрежете собствен шпонков канал, ако желаете.
Когато избирате размер на отвора, уверете се, че не избирате вал, който е твърде голям за зъбното колело. Наскоро имах система, която използва 10-зъбно зъбно колело на 1" вал. Системата имаше някои скокове на налягането при стартиране и всъщност спука зъбното колело наполовина.
Успя да направи това толкова лесно, защото материалът между външната страна на главината и шпонковия канал беше с дебелина само 1/8". Успяхме да удвоим това до ¼ чрез добавяне на един зъб. Това е ситуация, при която еволвентен шлиц би бъде по-добър избор (повече за това по-късно).
Повечето зъбни колела се държат от плъзгане върху вала само с един или два фиксиращи винта. Обикновено единият винт ще бъде на ключа, а другият ще бъде на 90 градуса към него и ще се притиска към вала. За цилиндрични зъбни колела това е достатъчно, но за спираловидни зъбни колела трябва да има повече положително зацепване на вала, за да се отчете страничното натоварване. Възможните решения са аксиални лагери, конусно-ролкови лагери или фиксиращи пръстени.
