Toisin kuin alla esitetyt Lego-vaihteet ja -akselit, useimmissa moottoreissa on täysin pyöreät akselit. Tämä vaikeuttaa hammaspyörien, hihnapyörien ja ketjupyörien kiinnittämistä.
Pääasialliset menetelmät hammaspyörien kiinnittämiseksi akseleihin ovat liimat, puristusliitos, ristiinporatut reiät, puristus, säätöruuvit, kiilaurat, kierreurat ja kartiolukkoholkit. Useimmissa teollisissa sovelluksissa käytetään kiilauria ja/tai säätöruuveja. Liimat ja puristusliitos tehdään yleensä alhaisella vääntömomentilla tai harrastussovelluksissa.
Tutkitaan jokaista menetelmää ja punnitaan edut ja haitat. Aion myös käyttää termejä; hammaspyörät, hihnapyörät, ketjupyörät ja nokat, vuorotellen, koska tässä artikkelissa käsitellään laitteen asennustapaa, ei sitä, mitä se tekee.
Liimat
Liimoja käytetään enimmäkseen harrastussovelluksissa muovivaihteistolla. Ei vain siksi, että muovihammaspyörät eivät kestä suurta vääntömomenttia, vaan myös siksi, että akselikoot ovat halkaisijaltaan pieniä.
Koska akselin halkaisija kasvaa, liimaliitoksen suhteellinen lujuus ja akselin lujuus ovat yhtä suuret noin 3/16" (5 mm) käytettäessä konservatiivista liiman lujuutta 1000 psi (7 N/mm) ja akselia C1018-teräksestä ( 54 ksi, 370 MPa).
Johtopäätös: liimojen käyttö on hyvä valinta pienille akseleille
Kuten mainittiin, useimmat liimavalmistajat mainostavat vähintään 1000 psi:n ja jotkut jopa 3000+ psi:n limityslujuutta. Lippaleikkauskoe tehdään kiinnittämällä kaksi pitkää ohutta tankoa yhteen liimalla mitattavalle alueelle. Tankojen päät vedetään erilleen vaurioitumiseen asti. Voima jaetaan pinta-alalla ja tuloksena on kierrosleikkauslujuus.
Suunnittelen yleensä täällä mainostetun leikkauslujuuden pienen määrän ympärille, koska pelissä on monia tekijöitä, jotka voivat alentaa todellista lujuutta. Näitä ovat pinnan esikäsittely, pintakäsittely, lämpötila ja kosteus.
Ennen liiman levittämistä tulee karhentaa hihnapyörän ja akselin pinnat hiekkapaperilla (~200-300 karkeus) tai hienolla viilalla. Tämä antaa liimaan pieniä koloja, joihin tarttuu. Haluat sitten puhdistaa ja poistaa rasvan puhdistusaineella ja kuivata sitten kokonaan. Tykkään käyttää jarrunpuhdistusainetta yleensä, koska minulla on sitä lähellä.
Selvittääksesi, kestääkö sovelluksesi käytetyn vääntömomentin. Käytä seuraavia kaavoja.
Missä Area on akselin ja hihnapyörän välinen pinta-ala, d on akselin halkaisija, L on akselin ja hihnapyörän limityspituus, F on akselin ja hihnapyörän välinen sisäinen leikkausvoima, Sson liiman leikkauslujuus ja T on käytetty (tai suurin vääntömomentti).
Käyttämällä keskimääräistä liiman leikkauslujuutta 1000 psi, halkaisijaa 0,19 tuumaa ja limityspituutta 0,38 tuumaa voimme havaita, että suurin vääntömomenttimme on 43,1 lb.
Liimamenetelmällä hihnapyörän liittämiseen akseliin on kolme pääasiallista haittaa
Vääntömomenttia rajoittavat halkaisija ja tartuntavoima, kuten jo mainittiin
On mahdollisuus saada akseli ja hihnapyörä pois keskeltä ja/tai kohtisuorassa. Tätä voidaan minimoida näiden kahden välisellä toleranssilla, mutta ei niin tiukasti, että pyyhit kaiken liiman pois.
Komponentteja ei voi säätää tai vaihtaa ilman mahdollisuutta vahingoittaa yhtä tai molempia komponentteja. Säätö on tärkeää, eikä tämä menetelmä salli sitä ollenkaan.
Puristussovitus
Puristussovitus on kokeiltu ja todellinen tapa kiinnittää hammaspyörät akseleihin. Sitä on käytetty rautatieteollisuudessa keinona säästää rahaa, kun pyöräkokoonpanot kuluvat tai muuttuvat pyöreiksi.
Pääpyörän hitsauksen halkaisija on tarkasti koneistettu ja sen ympärille levitetään ohut karkaistu teräsnauha. Nauha tai "rengas" on itse asiassa pienempi kuin koneistettu pinta. Tämä mahdollistaa edullisen nauhan vaihtamisen aika ajoin koko pyöräkokoonpanon sijaan.
Seuraava video näyttää kuinka rengas irrotetaan vanteesta lämmön avulla. Nauhan halkaisija laajenee lämpötilan noustessa. Pyörä (sisähalkaisija) pysyy suunnilleen samankokoisena, koska sillä on paljon enemmän massaa ja se säteilee lämpöä pois nopeammin.
Tässä vaiheessa nauha voidaan irrottaa ja asentaa uusi samalla menetelmällä.
Koska tässä ei ole mekaanista lukkoa, se perustuu 100% kitkaan ja se voi luistaa. Puristussovituksen mittaaminen ja määrittäminen on vaikeaa ja yleensä on tehtävä oletuksia.
Missä Pr on pintojen välinen paine, δ on puristussovituksen määrä, d on akselin halkaisija, doon navan tai vaihteen ulkohalkaisija, dion akselin sisähalkaisija (jos ontto), μ on materiaalien välinen kitkakerroin ja E ja ν ovat materiaalien Youngin moduuli ja Poissonin suhde.
Purista hammaspyörät akseliin
Materiaalin lämmittäminen lisää halkaisijaa; siksi puristussovituksen määrää δ pienennetään. Tämä helpottaa vaihteen pukemista ja poistumista, mutta lopputulos on sama, kun se jäähtyy.
Jos teet tämän kotona muovivaihteilla. Kokeile kuumentaa ne uunissa noin 175-200 asteeseen (79-93 asteeseen) ja liu'uta ne sitten akselille.
Tämä menetelmä on säädettävissä, mutta ei helposti, ja saatat joutua purkamaan useita osia, jotta lämpö ei tuhoa niitä.
Poratut reiät ristiin
Reiän poraaminen sekä vaihteiston navan että akselin läpi on loistava tapa saada paljon vääntömomenttia. Se myös estää akselia ylikuormitumasta, koska tappi leikkautuu (murtuu), jos vääntömomentti on liian suuri. Tässä sovelluksessa on käytettävissä kolme päätyyppiä nastat, jotka on lueteltu alla heikoimmasta vahvimpaan.
Ristiporattu reikä rulla (jousi) tapilla
Rulla (jousi tai ura) tapit – Nämä ovat litteitä tankoja, jotka on rullattu pyöreään muotoon. Niillä on taipumus joustaa auki (siis jousitapit) mahdollistaen riittävän puristussovituksen, jotta tappi ei luiskahda ulos. Suosittelen näitä kahden muun vaihtoehdon sijaan.
Leikkaustapit – Nämä tapit ovat kiinteitä ja niissä on lovi keskipisteessä, jossa tappi on suunniteltu katkeamaan tietyllä voimalla. On tärkeää saada tappi, jossa lovi on samassa tasossa akselin halkaisijan kanssa.
Tappitapit – Nämä ovat vain erittäin lujia kiinteitä tappeja. Jos reikä on liian suuri, joudut todennäköisesti liimaamaan ne paikoilleen (myös leikkaustapit). Jos sovelluksesi muuttaa suuntaa tai kuormitusta, voit kannustaa liimaa hajoamaan ennenaikaisesti ja tappia putoamaan.
Jokaisella tapilla on ilmoitettu murtolujuus, ja voit valita halkaisijan ja tyypin alla olevien yhtälöiden perusteella. Fson leikkausvoima, T on kohdistettu vääntömomentti ja d on akselin halkaisija.
Tämä menetelmä antaa sinulle paljon kapasiteettia käsitellä enemmän vääntömomenttia, mutta se ei silti anna mitään säätöä, kun reikä on porattu. Jos sotket liian monta kertaa, varsi näyttää sveitsiläiseltä juustolta.
Suurin hyöty on, että melkein kuka tahansa voi tehdä tämän liitoksen. Tarvitset vain poran, poranterät ja vasaran.Suosittelen poraamaan ensin pienemmän halkaisijan 1/16 – 3/32 ja tarkistamaan kohdistus hammastikulla.Jos se on hyvä, poraa se haluamaasi halkaisijaan. Jos ei, käännä akselin toiseen osaan ja yritä uudelleen.
Kuinka kiinnittää hammaspyörät, ketjupyörät ja hihnapyörät akseleihin
Kirjoittaja Corey Rasmussen, Gears, Mechanical Design Päivitetty viimeksi 22. elokuuta 2024
Toisin kuin alla esitetyt Lego-vaihteet ja -akselit, useimmissa moottoreissa on täysin pyöreät akselit. Tämä vaikeuttaa hammaspyörien, hihnapyörien ja ketjupyörien kiinnittämistä.
Pääasialliset menetelmät hammaspyörien kiinnittämiseksi akseleihin ovat liimat, puristusliitos, ristiinporatut reiät, puristus, säätöruuvit, kiilaurat, kierreurat ja kartiolukkoholkit. Useimmissa teollisissa sovelluksissa käytetään kiilauria ja/tai säätöruuveja. Liimat ja puristusliitos tehdään yleensä alhaisella vääntömomentilla tai harrastussovelluksissa.
Tutkitaan jokaista menetelmää ja punnitaan edut ja haitat. Aion myös käyttää termejä; hammaspyörät, hihnapyörät, ketjupyörät ja nokat, vuorotellen, koska tässä artikkelissa käsitellään laitteen asennustapaa, ei sitä, mitä se tekee.
Liimat
Liimoja käytetään enimmäkseen harrastussovelluksissa muovivaihteistolla. Ei vain siksi, että muovihammaspyörät eivät kestä suurta vääntömomenttia, vaan myös siksi, että akselikoot ovat halkaisijaltaan pieniä.
Kuva Creative Commonsin luvalla
Haluatko tietää lisää Gearsista?
Rekisteröidy Mentored Engineerin ILMAiseen kattavaan varustesuunnittelun mestarikurssiin (500 dollarin arvo), joka sisältää hänen Planetary Gear -laskurin (250 dollarin arvo) ja viikoittaisen mentoroidun insinöörin uutiskirjeen
Nimi:
Paras sähköposti:
Comprehensive Gear Design Master Class on 17-osainen video- ja tekstisarja, jossa opit:
Kuinka mitoittaa hammaspyörät niin, että ne sopivat yhteen
Laske hammaspyörän hampaiden jännitys
Laske planeettajärjestelmän välityssuhteet
Tämän kurssin suoritettuasi osaat ensimmäisen kerran suunnitella ja mitoittaa vaihteistot oikein sovelluksiisi.
Kurssin ja laskimen yhteisarvo on yli 750 dollaria! ilmaiseksi
Kunnioitamme sähköpostisi yksityisyyttä
Koska akselin halkaisija kasvaa, liimaliitoksen suhteellinen lujuus ja akselin lujuus ovat yhtä suuret noin 3/16" (5 mm) käytettäessä konservatiivista liiman lujuutta 1000 psi (7 N/mm) ja akselia C1018-teräksestä ( 54 ksi, 370 MPa).
Johtopäätös: liimojen käyttö on hyvä valinta pienille akseleille
Kuten mainittiin, useimmat liimavalmistajat mainostavat vähintään 1000 psi:n ja jotkut jopa 3000+ psi:n limityslujuutta. Lippaleikkauskoe tehdään kiinnittämällä kaksi pitkää ohutta tankoa yhteen liimalla mitattavalle alueelle. Tankojen päät vedetään erilleen vaurioitumiseen asti. Voima jaetaan pinta-alalla ja tuloksena on kierrosleikkauslujuus.
Suunnittelen yleensä täällä mainostetun leikkauslujuuden pienen määrän ympärille, koska pelissä on monia tekijöitä, jotka voivat alentaa todellista lujuutta. Näitä ovat pinnan esikäsittely, pintakäsittely, lämpötila ja kosteus.
Ennen liiman levittämistä tulee karhentaa hihnapyörän ja akselin pinnat hiekkapaperilla (~200-300 karkeus) tai hienolla viilalla. Tämä antaa liimaan pieniä koloja, joihin tarttuu. Haluat sitten puhdistaa ja poistaa rasvan puhdistusaineella ja kuivata sitten kokonaan. Tykkään käyttää jarrunpuhdistusainetta yleensä, koska minulla on sitä lähellä.
Selvittääksesi, kestääkö sovelluksesi käytetyn vääntömomentin. Käytä seuraavia kaavoja.
Missä Area on akselin ja hihnapyörän välinen pinta-ala, d on akselin halkaisija, L on akselin ja hihnapyörän limityspituus, F on akselin ja hihnapyörän välinen sisäinen leikkausvoima, Sson liiman leikkauslujuus ja T on käytetty (tai suurin vääntömomentti).
Käyttämällä keskimääräistä liiman leikkauslujuutta 1000 psi, halkaisijaa 0,19 tuumaa ja limityspituutta 0,38 tuumaa voimme havaita, että suurin vääntömomenttimme on 43,1 lb.
Liimamenetelmällä hihnapyörän liittämiseen akseliin on kolme pääasiallista haittaa
Vääntömomenttia rajoittavat halkaisija ja tartuntavoima, kuten jo mainittiin
On mahdollisuus saada akseli ja hihnapyörä pois keskeltä ja/tai kohtisuorassa. Tätä voidaan minimoida näiden kahden välisellä toleranssilla, mutta ei niin tiukasti, että pyyhit kaiken liiman pois.
Komponentteja ei voi säätää tai vaihtaa ilman mahdollisuutta vahingoittaa yhtä tai molempia komponentteja. Säätö on tärkeää, eikä tämä menetelmä salli sitä ollenkaan.
Liittyykö Shafts yhteen? Tutustu akselikytkimien oppaaseemme.
Puristussovitus
Puristussovitus on kokeiltu ja todellinen tapa kiinnittää hammaspyörät akseleihin. Sitä on käytetty rautatieteollisuudessa keinona säästää rahaa, kun pyöräkokoonpanot kuluvat tai muuttuvat pyöreiksi.
Pääpyörän hitsauksen halkaisija on tarkasti koneistettu ja sen ympärille levitetään ohut karkaistu teräsnauha. Nauha tai "rengas" on itse asiassa pienempi kuin koneistettu pinta. Tämä mahdollistaa edullisen nauhan vaihtamisen aika ajoin koko pyöräkokoonpanon sijaan.
Seuraava video näyttää kuinka rengas irrotetaan vanteesta lämmön avulla. Nauhan halkaisija laajenee lämpötilan noustessa. Pyörä (sisähalkaisija) pysyy suunnilleen samankokoisena, koska sillä on paljon enemmän massaa ja se säteilee lämpöä pois nopeammin.
Tässä vaiheessa nauha voidaan irrottaa ja asentaa uusi samalla menetelmällä.
Koska tässä ei ole mekaanista lukkoa, se perustuu 100% kitkaan ja se voi luistaa. Puristussovituksen mittaaminen ja määrittäminen on vaikeaa ja yleensä on tehtävä oletuksia.
Super hidasIlmainen Online Shaft Press Fit -laskintai Go Pro
Missä Pr on pintojen välinen paine, δ on puristussovituksen määrä, d on akselin halkaisija, doon navan tai vaihteen ulkohalkaisija, dion akselin sisähalkaisija (jos ontto), μ on materiaalien välinen kitkakerroin ja E ja ν ovat materiaalien Youngin moduuli ja Poissonin suhde.
Purista hammaspyörät akseliin
Materiaalin lämmittäminen lisää halkaisijaa; siksi puristussovituksen määrää δ pienennetään. Tämä helpottaa vaihteen pukemista ja poistumista, mutta lopputulos on sama, kun se jäähtyy.
Jos teet tämän kotona muovivaihteilla. Kokeile kuumentaa ne uunissa noin 175-200 asteeseen (79-93 asteeseen) ja liu'uta ne sitten akselille.
Tämä menetelmä on säädettävissä, mutta ei helposti, ja saatat joutua purkamaan useita osia, jotta lämpö ei tuhoa niitä.
Poratut reiät ristiin
Reiän poraaminen sekä vaihteiston navan että akselin läpi on loistava tapa saada paljon vääntömomenttia. Se myös estää akselia ylikuormitumasta, koska tappi leikkautuu (murtuu), jos vääntömomentti on liian suuri. Tässä sovelluksessa on käytettävissä kolme päätyyppiä nastat, jotka on lueteltu alla heikoimmasta vahvimpaan.
Ristiporattu reikä rulla (jousi) tapilla
Rulla (jousi tai ura) tapit – Nämä ovat litteitä tankoja, jotka on rullattu pyöreään muotoon. Niillä on taipumus joustaa auki (siis jousitapit) mahdollistaen riittävän puristussovituksen, jotta tappi ei luiskahda ulos. Suosittelen näitä kahden muun vaihtoehdon sijaan.
Leikkaustapit – Nämä tapit ovat kiinteitä ja niissä on lovi keskipisteessä, jossa tappi on suunniteltu katkeamaan tietyllä voimalla. On tärkeää saada tappi, jossa lovi on samassa tasossa akselin halkaisijan kanssa.
Tappitapit – Nämä ovat vain erittäin lujia kiinteitä tappeja. Jos reikä on liian suuri, joudut todennäköisesti liimaamaan ne paikoilleen (myös leikkaustapit). Jos sovelluksesi muuttaa suuntaa tai kuormitusta, voit kannustaa liimaa hajoamaan ennenaikaisesti ja tappia putoamaan.
Jokaisella tapilla on ilmoitettu murtolujuus, ja voit valita halkaisijan ja tyypin alla olevien yhtälöiden perusteella. Fson leikkausvoima, T on kohdistettu vääntömomentti ja d on akselin halkaisija.
Tämä menetelmä antaa sinulle paljon kapasiteettia käsitellä enemmän vääntömomenttia, mutta se ei silti anna mitään säätöä, kun reikä on porattu. Jos sotket liian monta kertaa, varsi näyttää sveitsiläiseltä juustolta.
Suurin hyöty on, että melkein kuka tahansa voi tehdä tämän liitoksen. Tarvitset vain poran, poranterät ja vasaran.Suosittelen poraamaan ensin pienemmän halkaisijan 1/16 – 3/32 ja tarkistamaan kohdistus hammastikulla.Jos se on hyvä, poraa se haluamaasi halkaisijaan. Jos ei, käännä akselin toiseen osaan ja yritä uudelleen.
PuristusKeskittimet
Vaikka se ei ole yleinen tapa kiinnittää hammaspyörät akseleihin, se on saatavana. Kun hammaspyörä on liu'utettu akselin yli, säätöruuvi kiristetään ja kitka kantaa vääntömomentin. Kerroin voi vahingossa pienentyä öljyisten akselien tai tarttumisenestoaineiden käytön vuoksi. Tätä menetelmää käytettäessä on parasta käyttää erilaisia metalleja.
Komponenttien kohokuvioiden valmistuskustannukset tekevät tämän tyyppisestä menetelmästä kohtuuttomat useimmissa tapauksissa.
Vältä vain tämän tyyppisiä liitoksia!
Aseta ruuvit
Kiinnitysruuvi (vain) akseliin on hyvin yleinen jakopyörien, hammaspyörien ja ketjupyörien kanssa.
On vaikea määrittää, millaisen vääntömomentin voit saada irti tällaisesta kytkimestä. Tulos voi vaihdella hurjasti kitkakertoimen, käytetyn vääntömomentin, kierteiden voitelun ja säätöruuvin tyypin vuoksi. Perusyhtälö on seuraava:
Missä T on ulostulomomentti, μ on kitkakerroin, F on normaalivoima yhdestä säätöruuvista ja d on halkaisija.
Useimmat ihmiset vain kiristävät säätöruuvia niin paljon kuin mahdollista. Niin kauan kuin hihnapyörä ei luista liiallisesta vääntömomentista, kaikki on hyvin. Kuitenkin kun se tapahtuu, kulutat nopeasti uran akseliin. Tämä pienentää akselin halkaisijaa; mikä vähentää maksimivääntömomenttia, jonka voit saavuttaa.
Suurin hyöty on, että tämä menetelmä on 100 % säädettävissä pyörimään akseliin ja sen pituudella. Yleensä tämä menetelmä on saatavana vain 1/2 tuuman (13 mm) tai pienemmille akselikoille.
Avainurat
Useimmissa teollisissa sovelluksissa vakiona ovat kiilaakselit.Ylivoimaisesti kaikki hyllystä poistetut varusteet ovat saatavilla erilaisilla rei'illä, joissa on avaimet. Voit ostaa niitä myös keskeneräisinä porauksina ja halutessasi leikata oman kiilaurasi.
Kun valitset porauskokoa, varmista, että et valitse akselia, joka on liian suuri vaihteelle. Minulla oli äskettäin järjestelmä, jossa käytettiin 10-hammasratasta 1":n akselissa. Järjestelmässä oli painepiikkejä käynnistyksen yhteydessä, ja se itse asiassa halkaisi ketjupyörän kahtia.
Se pystyi tekemään tämän niin helposti, koska navan ulkopinnan ja kiilauran välinen materiaali oli vain 1/8" paksu. Pystyimme kaksinkertaistamaan sen ¼:ään lisäämällä yksi hammas. Tämä on tilanne, jossa evoluuttinen kiila olla parempi valinta (siitä lisää myöhemmin).
Useimmat vaihteet pidetään luistamasta akselilla vain yhdellä tai kahdella säätöruuvilla. Yleensä yksi ruuvi on avaimessa ja toinen on 90 astetta siihen nähden ja painaa akselia vasten. Hammaspyörästöille tämä on riittävä, mutta kierrevaihteissa akselin positiivista kytkentää on oltava enemmän sivukuorman huomioon ottamiseksi. Mahdollisia ratkaisuja ovat painelaakerit, kartiorullalaakerit tai lukitusrenkaat.
