Za razliku od Lego zupčanika i osovina prikazanih dolje, većina motora ima savršeno okrugle osovine. To otežava pričvršćivanje zupčanika, remenica i lančanika.
Glavne metode pričvršćivanja zupčanika na osovine su ljepila, prešanje, križno izbušene rupe, kompresija, namjesni vijci, utori, evolventni klinovi i konusne čahure za zaključavanje. Većina industrijskih primjena koristit će utore za ključeve i/ili pričvrsne vijke. Dok se ljepila i press fitting obično rade na niskim okretnim momentima ili hobi aplikacijama.
Istražimo svaku metodu vagajući prednosti i mane. Također ću koristiti izraze; zupčanici, remenice, lančanici i ekscentri, naizmjenično jer ovaj članak govori o tome kako je uređaj montiran, a ne što radi.
Ljepila
Ljepila se uglavnom koriste u hobi aplikacijama s plastičnim zupčanicima. Ne samo zato što plastični zupčanici ne mogu podnijeti veliki okretni moment, već i zato što su osovine i dalje male u promjeru.
Kako se promjer osovine povećava, relativna čvrstoća ljepljenog spoja i čvrstoća osovine su jednake na otprilike 3/16″ (5 mm) kada se koristi konzervativna čvrstoća ljepila od 1000 psi (7 N/mm) i osovina od C1018 čelika ( 54 ksi, 370 MPa).
Zaključak: korištenje ljepila je dobar izbor za male osovine
Kao što je spomenuto, većina proizvođača ljepila reklamirat će čvrstoću na smicanje u preklopu od najmanje 1000 psi, a neki čak 3000+ psi. Ispitivanje smicanja u preklopu provodi se tako da se dvije dugačke tanke šipke pričvrste zajedno ljepilom preko mjerljive površine. Krajevi šipki se razvlače do kvara. Sila se podijeli s površinom i rezultat je čvrstoća na smicanje preklopa.
Ovdje obično projektiram oko malog broja reklamirane čvrstoće na smicanje jer postoje mnogi čimbenici koji mogu smanjiti stvarnu čvrstoću. Među njima su priprema površine, nanošenje površine, temperatura i vlažnost.
Prije nanošenja ljepila morat ćete nahrapaviti površine remenice i osovine s malo brusnog papira (~200 – 300 zrnatosti) ili finom turpijom. To će ljepilu dati male ureze za koje se može uhvatiti. Zatim ćete htjeti očistiti i odmastiti sredstvom za čišćenje, a zatim potpuno osušiti. Obično volim koristiti sredstvo za čišćenje kočnica jer ga imam u blizini.
Da biste saznali hoće li vaša aplikacija izdržati primijenjeni okretni moment. Koristite sljedeće formule.
Gdje je površina površina između osovine i remenice, d je promjer osovine, L je duljina preklapanja za osovinu i remenicu, F je unutarnja sila smicanja između osovine i remenice, Ssje posmična čvrstoća ljepila, a T je primijenjeni (ili maksimalni zakretni moment).
Koristeći prosječnu čvrstoću smicanja ljepila od 1000 psi, promjer od 0,19 in i duljinu preklapanja od 0,38 in, možemo pronaći da je naš maksimalni zakretni moment 43,1 in lb.
Postoje tri glavne mane korištenja metode lijepljenja za spajanje remenice na osovinu
Zakretni moment ograničen je promjerom i snagom lijepljenja kao što je već spomenuto
Postoji mogućnost da osovina i remenica budu izvan središta i/ili okomito. To se može minimizirati tolerancijom između to dvoje, ali ne toliko čvrsto da biste obrisali svo ljepilo.
Ne postoji način podešavanja ili zamjene komponenti bez mogućnosti oštećenja jedne ili obje komponente. Prilagodba je važna, a ova metoda to uopće ne dopušta.
Press-Fitting
Prešanje je isprobana i istinita metoda pričvršćivanja zupčanika na osovine. Koristio se u željezničkoj industriji kao metoda za uštedu novca kada se sklopovi kotača istroše ili pokvare.
Zavar glavnog kotača ima precizno strojno obrađen promjer, a zatim se oko njega nanosi tanka traka od kaljenog čelika. Traka ili "guma" zapravo je manja od strojno obrađene površine. To omogućuje povremenu zamjenu jeftine trake umjesto cijelog sklopa kotača.
Sljedeći video prikazuje kako se guma skida s kotača pomoću topline. Traka će se širiti u promjeru kako temperatura raste. Kotač (unutarnji promjer) ostat će otprilike iste veličine jer ima puno veću masu i brže će zračiti toplinu.
U ovom trenutku, traka se može skinuti i postaviti nova istom metodom.
Budući da na ovome nema mehaničke brave, 100% se temelji na trenju i može skliznuti. Mjerenje i određivanje press fit-a je teško i obično je potrebno napraviti pretpostavke.
Gdje je Pr tlak između površina, δ je veličina tlačnog nalijeganja, d je promjer osovine, doje vanjski promjer glavčine ili zupčanika, dije unutarnji promjer osovine (ako je šuplja), μ je koeficijent trenja između materijala, a E i ν su Youngov modul i Poissonov omjer materijala.
Zupčanici pritisnuti na osovinu
Zagrijavanje materijala će povećati promjer; prema tome, smanjenje količine pritiskanja, δ. To olakšava postavljanje ili skidanje opreme, ali krajnji rezultat je isti nakon što se ohladi.
Ako to radite kod kuće s plastičnim zupčanicima. Pokušajte ih zagrijati u pećnici na oko 175 stupnjeva do 200 stupnjeva (79 stupnjeva do 93 stupnjeva), a zatim ih gurnite na osovinu.
Ova je metoda podesiva, ali nije laka i možda ćete morati rastaviti više komponenti kako ih toplina ne bi uništila.
Križno izbušene rupe
Bušenje rupa kroz glavčinu zupčanika i osovinu odličan je način da dobijete puno okretnog momenta. Također sprječava preopterećenje osovine jer će se igla posmicati (slomiti) ako je okretni moment prevelik. Postoje tri glavne vrste pribadača za korištenje u ovoj aplikaciji navedene u nastavku od najslabije do najjače.
Križno izbušena rupa s opružnim klinom
Igle (s oprugom ili prorezima) – To su ravne šipke koje su smotane u okrugli oblik. Imaju tendenciju da se otvore oprugom (dakle opružne igle) omogućujući dovoljno pritiskanja da igla ne isklizne. Preporučujem ove u odnosu na druge dvije opcije.
Smične igle – ove su igle čvrste i imaju urez na sredini gdje je igla dizajnirana da otkaže pri određenoj sili. Važno je nabaviti iglu na kojoj će zarez biti u istoj ravnini s promjerom osovine.
Tipli – Ovo su samo čvrste igle visoke čvrstoće. Ako je vaša rupa prevelika, vjerojatno ćete ih morati zalijepiti (također i klinove). Ako vaša aplikacija promijeni smjer ili opterećenje, možete potaknuti da ljepilo prerano otkaže i igla ispadne.
Svaki od klinova imat će oglašenu čvrstoću na prekid i možete odabrati promjer i vrstu na temelju jednadžbi u nastavku. Fsje posmična sila, T je primijenjeni zakretni moment i d je promjer osovine.
Ova metoda vam daje mnogo kapaciteta za rukovanje većim okretnim momentom, ali još uvijek ne daje nikakvu prilagodbu nakon što se rupa izbuši. Ako previše puta zabrljate, osovina će izgledati kao švicarski sir.
Glavna prednost je ta što gotovo svatko može napraviti ovaj spoj. Sve što trebate je bušilica, svrdla i čekić.Preporučujem da prvo izbušite manji promjer 1/16 – 3/32 i provjerite poravnanje čačkalicom.Ako je dobro, izbušite ga do promjera koji želite. Ako nije, okrenite ga na drugi dio osovine i pokušajte ponovno.
Kako pričvrstiti zupčanike, lančanike i remenice na osovine
Napisao Corey Rasmussen u Gears, Mechanical Design Zadnje ažuriranje 22. kolovoza 2024.
Za razliku od Lego zupčanika i osovina prikazanih dolje, većina motora ima savršeno okrugle osovine. To otežava pričvršćivanje zupčanika, remenica i lančanika.
Glavne metode pričvršćivanja zupčanika na osovine su ljepila, prešanje, križno izbušene rupe, kompresija, namjesni vijci, utori, evolventni klinovi i konusne čahure za zaključavanje. Većina industrijskih primjena koristit će utore za ključeve i/ili pričvrsne vijke. Dok se ljepila i press fitting obično rade na niskim okretnim momentima ili hobi aplikacijama.
Istražimo svaku metodu vagajući prednosti i mane. Također ću koristiti izraze; zupčanici, remenice, lančanici i ekscentri, naizmjenično jer ovaj članak govori o tome kako je uređaj montiran, a ne što radi.
Ljepila
Ljepila se uglavnom koriste u hobi aplikacijama s plastičnim zupčanicima. Ne samo zato što plastični zupčanici ne mogu podnijeti veliki okretni moment, već i zato što su osovine i dalje male u promjeru.
Slika ljubaznošću Creative Commonsa
Jeste li uzbuđeni saznati više o Gearsu?
Prijavite se za BESPLATNI sveobuhvatni majstorski tečaj Mentored Gear Design (vrijednost 500 USD) koji uključuje njegov kalkulator planetarnog zupčanika (vrijednost 250 USD) i tjedni bilten Mentored Engineer
Ime:
Najbolji email:
Sveobuhvatni majstorski tečaj dizajna opreme serija je od 17 dijelova videozapisa i teksta u kojima ćete naučiti:
Kako odrediti veličinu zupčanika tako da se zaprežu
Izračunajte naprezanje zuba zupčanika
Izračunajte prijenosne omjere u planetarnom sustavu
Nakon završetka ovog tečaja moći ćete prvi put pravilno dizajnirati i specificirati mjenjačke kutije za svoje primjene.
Tečaj i kalkulator imaju zajedničku vrijednost od preko 750 USD! BESPLATNO
Poštujemo vašu privatnost e-pošte
Kako se promjer osovine povećava, relativna čvrstoća ljepljenog spoja i čvrstoća osovine su jednake na otprilike 3/16″ (5 mm) kada se koristi konzervativna čvrstoća ljepila od 1000 psi (7 N/mm) i osovina od C1018 čelika ( 54 ksi, 370 MPa).
Zaključak: korištenje ljepila je dobar izbor za male osovine
Kao što je spomenuto, većina proizvođača ljepila reklamirat će čvrstoću na smicanje u preklopu od najmanje 1000 psi, a neki čak 3000+ psi. Ispitivanje smicanja u preklopu provodi se tako da se dvije dugačke tanke šipke pričvrste zajedno ljepilom preko mjerljive površine. Krajevi šipki se razvlače do kvara. Sila se podijeli s površinom i rezultat je čvrstoća na smicanje preklopa.
Ovdje obično projektiram oko malog broja reklamirane čvrstoće na smicanje jer postoje mnogi čimbenici koji mogu smanjiti stvarnu čvrstoću. Među njima su priprema površine, nanošenje površine, temperatura i vlažnost.
Prije nanošenja ljepila morat ćete nahrapaviti površine remenice i osovine s malo brusnog papira (~200 – 300 zrnatosti) ili finom turpijom. To će ljepilu dati male ureze za koje se može uhvatiti. Zatim ćete htjeti očistiti i odmastiti sredstvom za čišćenje, a zatim potpuno osušiti. Obično volim koristiti sredstvo za čišćenje kočnica jer ga imam u blizini.
Da biste saznali hoće li vaša aplikacija izdržati primijenjeni okretni moment. Koristite sljedeće formule.
Gdje je površina površina između osovine i remenice, d je promjer osovine, L je duljina preklapanja za osovinu i remenicu, F je unutarnja sila smicanja između osovine i remenice, Ssje posmična čvrstoća ljepila, a T je primijenjeni (ili maksimalni zakretni moment).
Koristeći prosječnu čvrstoću smicanja ljepila od 1000 psi, promjer od 0,19 in i duljinu preklapanja od 0,38 in, možemo pronaći da je naš maksimalni zakretni moment 43,1 in lb.
Postoje tri glavne mane korištenja metode lijepljenja za spajanje remenice na osovinu
Zakretni moment ograničen je promjerom i snagom lijepljenja kao što je već spomenuto
Postoji mogućnost da osovina i remenica budu izvan središta i/ili okomito. To se može minimizirati tolerancijom između to dvoje, ali ne toliko čvrsto da biste obrisali svo ljepilo.
Ne postoji način podešavanja ili zamjene komponenti bez mogućnosti oštećenja jedne ili obje komponente. Prilagodba je važna, a ova metoda to uopće ne dopušta.
Spajanje vratila zajedno? Pogledajte naš vodič za spojnice osovine.
Prešanje
Prešanje je isprobana i istinita metoda pričvršćivanja zupčanika na osovine. Koristio se u željezničkoj industriji kao metoda za uštedu novca kada se sklopovi kotača istroše ili pokvare.
Zavar glavnog kotača ima precizno strojno obrađen promjer, a zatim se oko njega nanosi tanka traka od kaljenog čelika. Traka ili "guma" zapravo je manja od strojno obrađene površine. To omogućuje povremenu zamjenu jeftine trake umjesto cijelog sklopa kotača.
Sljedeći video prikazuje kako se guma skida s kotača pomoću topline. Traka će se širiti u promjeru kako temperatura raste. Kotač (unutarnji promjer) ostat će otprilike iste veličine jer ima puno veću masu i brže će zračiti toplinu.
U ovom trenutku, traka se može skinuti i postaviti nova istom metodom.
Budući da na ovome nema mehaničke brave, 100% se temelji na trenju i može skliznuti. Mjerenje i određivanje press fit-a je teško i obično je potrebno napraviti pretpostavke.
Super sporoBesplatni internetski kalkulator za prešanje vratilaili Go Pro
Gdje je Pr tlak između površina, δ je veličina tlačnog nalijeganja, d je promjer osovine, doje vanjski promjer glavčine ili zupčanika, dije unutarnji promjer osovine (ako je šuplja), μ je koeficijent trenja između materijala, a E i ν su Youngov modul i Poissonov omjer materijala.
Zupčanici pritisnuti na osovinu
Zagrijavanje materijala će povećati promjer; prema tome, smanjenje količine pritiskanja, δ. To olakšava postavljanje ili skidanje opreme, ali krajnji rezultat je isti nakon što se ohladi.
Ako to radite kod kuće s plastičnim zupčanicima. Pokušajte ih zagrijati u pećnici na oko 175 stupnjeva do 200 stupnjeva (79 stupnjeva do 93 stupnjeva), a zatim ih gurnite na osovinu.
Ova je metoda podesiva, ali nije laka i možda ćete morati rastaviti više komponenti kako ih toplina ne bi uništila.
Križno izbušene rupe
Bušenje rupa kroz glavčinu zupčanika i osovinu odličan je način da dobijete puno okretnog momenta. Također sprječava preopterećenje osovine jer će se igla posmicati (slomiti) ako je okretni moment prevelik. Postoje tri glavne vrste pribadača za korištenje u ovoj aplikaciji navedene u nastavku od najslabije do najjače.
Križno izbušena rupa s opružnim klinom
Igle (s oprugom ili prorezima) – To su ravne šipke koje su smotane u okrugli oblik. Imaju tendenciju da se otvore oprugom (dakle opružne igle) omogućujući dovoljno pritiskanja da igla ne isklizne. Preporučujem ove u odnosu na druge dvije opcije.
Smične igle – ove su igle čvrste i imaju urez na sredini gdje je igla dizajnirana da otkaže pri određenoj sili. Važno je nabaviti iglu na kojoj će zarez biti u istoj ravnini s promjerom osovine.
Tipli – Ovo su samo čvrste igle visoke čvrstoće. Ako je vaša rupa prevelika, vjerojatno ćete ih morati zalijepiti (također i klinove). Ako vaša aplikacija promijeni smjer ili opterećenje, možete potaknuti da ljepilo prerano otkaže i igla ispadne.
Svaki od klinova imat će oglašenu čvrstoću na prekid i možete odabrati promjer i vrstu na temelju jednadžbi u nastavku. Fsje posmična sila, T je primijenjeni zakretni moment i d je promjer osovine.
Ova metoda vam daje mnogo kapaciteta za rukovanje većim okretnim momentom, ali još uvijek ne daje nikakvu prilagodbu nakon što se rupa izbuši. Ako previše puta zabrljate, osovina će izgledati kao švicarski sir.
Glavna prednost je ta što gotovo svatko može napraviti ovaj spoj. Sve što trebate je bušilica, svrdla i čekić.Preporučujem da prvo izbušite manji promjer 1/16 – 3/32 i provjerite poravnanje čačkalicom.Ako je dobro, izbušite ga do promjera koji želite. Ako nije, okrenite ga na drugi dio osovine i pokušajte ponovno.
KompresijaČvorišta
Iako nije uobičajen način pričvršćivanja zupčanika na osovine, dostupan je. Nakon što zupčanik klizne preko osovine, vijak za podešavanje je zategnut i trenje će prenositi moment. Koeficijent se može nenamjerno smanjiti zbog zauljenih osovina ili upotrebe sredstva protiv zapinjanja. Najbolje je koristiti različite metale kada koristite ovu metodu.
Troškovi izrade reljefa u komponentama čine ovu vrstu metode previsokim u većini slučajeva.
Samo izbjegavajte ovu vrstu spojeva!
Postavite vijke
Metoda pričvršćivanja (samo) vijkom za pričvršćivanje na osovinu vrlo je uobičajena kod razvodnih remenica, zupčanika i lančanika.
Teško je odrediti kakav okretni moment možete dobiti iz ovakve spojke. Rezultat može jako varirati zbog koeficijenta trenja, primijenjenog zakretnog momenta, podmazivanja navoja i vrste vijka za podešavanje. Osnovna jednadžba je sljedeća:
Gdje je T izlazni zakretni moment, μ je koeficijent trenja, F je normalna sila jednog steznog vijka, a d je promjer daske.
Većina ljudi samo zategne vijak što je više moguće. Sve će biti u redu sve dok remenica ne sklizne od prevelikog momenta. Međutim, kada se to dogodi, brzo ćete istrošiti utor u osovini. To čini vaš promjer osovine manjim; čime se smanjuje maksimalni okretni moment koji možete postići.
Glavna prednost je da je ova metoda 100% podesiva za rotaciju na osovini i duž njezine duljine. Općenito, ova je metoda dostupna samo s veličinama osovine 1/2″ (13 mm) ili manje.
Utori za ključeve
Za većinu industrijskih primjena standard su osovine s klinom.Daleko svaka oprema s polica bit će dostupna u različitim provrtima veličine utora za ključeve. Također ih možete kupiti s nedovršenim otvorima i izrezati vlastiti utor za ključ ako želite.
Prilikom odabira veličine provrta, pazite da ne odaberete osovinu koja je prevelika za zupčanik. Nedavno sam imao sustav koji je koristio 10-nazubljeni lančanik na osovini od 1". Sustav je imao neke skokove pritiska pri pokretanju i zapravo je lančanik prepolovio.
To je mogao učiniti tako lako jer je materijal između vanjske strane glavčine i utora za klin bio debeo samo 1/8". Uspjeli smo to udvostručiti na ¼ dodavanjem jednog zuba. Ovo je situacija u kojoj bi evolventni klin biti bolji izbor (više o tome kasnije).
Većina zupčanika se drži od klizanja na osovini sa samo jednim ili dva postavljena vijka. Općenito, jedan vijak će biti na ključu, a drugi će biti pod kutom od 90 stupnjeva u odnosu na njega i pritiskati će osovinu. Za cilindrične zupčanike to je dovoljno, ali za spiralne zupčanike mora postojati više pozitivnog zahvata na osovini da bi se uračunalo bočno opterećenje. Moguća rješenja su potisni ležajevi, konusni valjkasti ležajevi ili uskočni prstenovi.
