Spre deosebire de angrenajele și arborii Lego prezentate mai jos, majoritatea motoarelor au arbori perfect rotunzi. Acest lucru face dificilă atașarea angrenajelor, scripetelor și pinioanelor.

Principalele metode de atașare a angrenajelor la arbori sunt adezivii, montarea prin presare, găurile perforate în cruce, compresia, șuruburi de fixare, caneluri, caneluri evolvente și bucșe de blocare conice. Majoritatea aplicațiilor industriale vor folosi caneluri și/sau șuruburi de fixare. În timp ce adezivii și montarea prin presare se fac de obicei în aplicații cu cuplu scăzut sau hobby.

Să investigăm fiecare metodă cântărind argumentele pro și contra. De asemenea, voi folosi termenii; roți dințate, scripete, pinioane și came, interschimbabile, deoarece acest articol se referă la modul în care este montat dispozitivul, nu la ceea ce face.

Adezivi

Adezivii sunt utilizați mai ales în aplicații hobby cu angrenaje din plastic. Nu numai pentru că angrenajele din plastic nu pot suporta mult cuplu, ci și pentru că dimensiunile arborelui rămân mici în diametru.

Pe măsură ce diametrul arborelui crește, rezistența relativă a îmbinării cu lipici și rezistența arborelui sunt egale la aproximativ 3/16 "(5 mm) atunci când se utilizează o rezistență conservatoare a lipiciului de 1000 psi (7 N/mm) și un arbore din oțel C1018 ( 54 ksi, 370 MPa).

Concluzie: utilizarea adezivilor este o alegere bună pentru arbori mici

După cum s-a menționat, majoritatea producătorilor de adezivi vor promova o rezistență la forfecare prin suprapunere de cel puțin 1000 psi, iar unii de până la 3000+ psi. Un test de forfecare în poală se face prin a avea două bare lungi și subțiri atașate împreună cu lipici pe o zonă măsurabilă. Capetele barelor sunt desprinse până la eșec. Forța este împărțită la suprafață și rezultatul este rezistența la forfecare în suprafață.

De obicei, proiectez în jurul numărului scăzut de rezistență la forfecare anunțată aici, deoarece există mulți factori în joc care pot reduce rezistența reală. Printre acestea se numără pregătirea suprafeței, aplicarea suprafeței, temperatura și umiditatea.

Înainte de a aplica adezivul, va trebui să rugați suprafețele scripetelui și arborelui cu niște hârtie abrazivă (~200 – 300 granulație) sau o pilă fină. Acest lucru îi va oferi lipiciului mici spărturi de care să se apuce. Apoi veți dori să curățați și să degresați cu un demachiant și apoi să uscați complet. Îmi place să folosesc de obicei soluția de curățare a frânei pentru că îl am în preajmă.

Pentru a afla dacă aplicația dumneavoastră va rezista cuplului aplicat. Utilizați următoarele formule.

Unde Aria este aria suprafeței dintre arbore și scripete, d este diametrul arborelui, L este lungimea de suprapunere pentru arbore și scripete, F este forța de forfecare internă dintre arbore și scripete, S_seste rezistența la forfecare a adezivului, iar T este cuplul aplicat (sau cuplul maxim).

Folosind o rezistență medie la forfecare a adezivului de 1000 psi, un diametru de 0,19 inchi și o lungime de suprapunere de 0,38 inchi, putem constata că cuplul nostru maxim este de 43,1 in lb.

Există trei dezavantaje principale ale utilizării metodei adezive pentru a îmbina un scripete cu un arbore

Cuplul este limitat de diametru și rezistența adezivului, așa cum sa menționat deja

Există posibilitatea de a avea arborele și scripetele în afara centrului și/sau perpendicular. Acest lucru poate fi minimizat de toleranța dintre cele două, dar nu atât de strâns încât să ștergeți tot lipiciul.

Nu există nicio modalitate de a regla sau înlocui componentele fără posibilitatea de a deteriora una sau ambele componente. Ajustarea este importantă și această metodă nu permite deloc acest lucru.

Pres-Fitting

Fixarea prin presare este o metodă încercată și adevărată de atașare a angrenajelor la arbori. A fost utilizat în industria căilor ferate ca metodă de economisire a banilor atunci când ansamblurile de roți se uzează sau devin deformate.

Sudura roții principale are un diametru prelucrat cu precizie și apoi se aplică o bandă subțire de oțel călit în jurul acesteia. Banda sau „anvelopa” este de fapt mai mică decât suprafața prelucrată. Acest lucru permite ca banda ieftină să fie înlocuită din când în când în locul întregului ansamblu de roată.

Următorul videoclip arată cum se scoate anvelopa de pe roată folosind căldură. Banda se va extinde în diametru pe măsură ce temperatura crește. Roata (diametrul interior) va rămâne aproximativ aceeași dimensiune, deoarece are mult mai multă masă și va radia mai repede căldură.

În acest moment, banda poate fi scoasă și instalată una nouă prin aceeași metodă.

Deoarece nu există blocare mecanică pe aceasta, se bazează 100% pe frecare și poate aluneca. Măsurarea și determinarea potrivirii prin presare este dificilă și de obicei trebuie făcute ipoteze.

Unde Pr este presiunea dintre suprafețe, δ este cantitatea de fixare prin presare, d este diametrul arborelui, d_oeste diametrul exterior al butucului sau al angrenajului, d_ieste diametrul interior al arborelui (dacă este gol), μ este coeficientul de frecare dintre materiale și E și ν sunt modulul Young și raportul lui Poisson al materialelor.

Apăsați roți dințate pe un arbore

Încălzirea materialului va crește diametrul; prin urmare, scăzând cantitatea de ajustare prin presare, δ. Acest lucru face ca uneltele să fie pornite sau coborate mai ușor, dar rezultatul final este același odată ce se răcește.

Dacă faci asta acasă cu roți dințate din plastic. Încercați să le încălziți în cuptor la aproximativ 175 de grade până la 200 de grade (79 de grade până la 93 de grade) și apoi glisați-le pe arbore.

Această metodă este reglabilă, dar nu ușor și poate fi necesar să dezasamblați mai multe componente, astfel încât căldura să nu le distrugă.

Găuri forate în cruce

Găurirea unei găuri atât prin butucul angrenajului, cât și prin arbore este o modalitate excelentă de a obține un cuplu foarte mare. De asemenea, previne suprasolicitarea arborelui deoarece bolțul se va forfea (se va rupe) dacă cuplul este prea mare. Există trei tipuri principale de știfturi de utilizat în această aplicație, enumerate mai jos, de la cel mai slab la cel mai puternic.

Orificiu perforat în cruce cu știft cu rolă (arc).

Ace rulați (arcuri sau cu fante) – Acestea sunt bare plate care au fost rulate într-o formă rotundă. Ele tind să se deschidă cu arc (deci știfturi cu arc) permițând o fixare suficientă, astfel încât știftul să nu alunece. Le recomand pe acestea față de celelalte două opțiuni.

Știfturi de forfecare – Acești știfturi sunt solidi și au o crestătură la mijlocul în care știftul este proiectat să cedeze la o anumită forță. Este important să obțineți un știft în care crestătura să fie în același plan cu diametrul arborelui.

Dibluri – Acestea sunt doar știfturi solide de înaltă rezistență. Dacă gaura dvs. este prea mare, probabil va trebui să le lipiți la loc (de asemenea, știfturi de forfecare). Dacă aplicația dvs. inversează direcția sau sarcina, puteți încuraja adezivul să cedeze prematur și știftul să cadă.

Fiecare dintre știfturi va avea o rezistență la rupere anunțată și puteți selecta diametrul și tipul pe baza ecuațiilor de mai jos. F_seste forța tăietoare, T este cuplul aplicat și d este diametrul arborelui.

Această metodă vă oferă multă capacitate de a gestiona un cuplu mai mare, dar tot nu oferă nicio ajustare odată ce gaura este forată. Dacă încurci de prea multe ori, tija va arăta ca Brânza Elvețiană.

Beneficiul major este că aproape oricine poate face această articulație. Tot ce aveți nevoie este un burghiu, burghie și un ciocan.Recomand să găuriți mai întâi un diametru mai mic 1/16 – 3/32 și să vă verificați alinierea cu o scobitoare.Dacă este bun, găuriți-l până la diametrul dorit. Dacă nu, rotiți în altă parte a arborelui și încercați din nou.

Cum să atașați roți dințate, pinioane și scripete la arbori

Scrisă de Corey Rasmussen în Gears,Mechanical Design Ultima actualizare 22 august 2024

Spre deosebire de angrenajele și arborii Lego prezentate mai jos, majoritatea motoarelor au arbori perfect rotunzi. Acest lucru face dificilă atașarea angrenajelor, scripetelor și pinioanelor.

Principalele metode de atașare a angrenajelor la arbori sunt adezivii, montarea prin presare, găurile perforate în cruce, compresia, șuruburi de fixare, caneluri, caneluri evolvente și bucșe de blocare conice. Majoritatea aplicațiilor industriale vor folosi caneluri și/sau șuruburi de fixare. În timp ce adezivii și montarea prin presare se fac de obicei în aplicații cu cuplu scăzut sau hobby.

Să investigăm fiecare metodă cântărind argumentele pro și contra. De asemenea, voi folosi termenii; roți dințate, scripete, pinioane și came, interschimbabile, deoarece acest articol se referă la modul în care este montat dispozitivul, nu la ceea ce face.

Adezivi

Adezivii sunt utilizați mai ales în aplicații hobby cu angrenaje din plastic. Nu numai pentru că angrenajele din plastic nu pot suporta mult cuplu, ci și pentru că dimensiunile arborelui rămân mici în diametru.

Imagine prin amabilitatea Creative Commons

Ești încântat să afli mai multe despre Gears?

Înscrieți-vă la Clasa de master gratuită cuprinzătoare de proiectare a echipamentelor de la Mentored Engineer (valoare de 500 USD), care include Calculatorul său de angrenaje planetare (valoare de 250 USD) și buletinul informativ săptămânal Mentored Engineer

Nume:

Cel mai bun e-mail:

Clasa de master pentru design cuprinzător de echipamente este o serie de 17 părți de videoclipuri și text în care veți învăța:

Cum să dimensionezi angrenajele astfel încât să se îmbine

Calculați stresul asupra dinților angrenajului

Calculați rapoartele de transmisie în sistemul planetar

După finalizarea acestui curs, veți fi capabil să proiectați și să specificați corect cutii de viteze pentru aplicațiile dvs. de prima dată.

Cursul și calculatorul au o valoare combinată de peste 750 USD! GRATUIT

Vă respectăm confidențialitatea e-mailului

Pe măsură ce diametrul arborelui crește, rezistența relativă a îmbinării cu lipici și rezistența arborelui sunt egale la aproximativ 3/16 "(5 mm) atunci când se utilizează o rezistență conservatoare a lipiciului de 1000 psi (7 N/mm) și un arbore din oțel C1018 ( 54 ksi, 370 MPa).

Concluzie: utilizarea adezivilor este o alegere bună pentru arbori mici

După cum s-a menționat, majoritatea producătorilor de adezivi vor promova o rezistență la forfecare prin suprapunere de cel puțin 1000 psi, iar unii de până la 3000+ psi. Un test de forfecare în poală se face prin a avea două bare lungi și subțiri atașate împreună cu lipici pe o zonă măsurabilă. Capetele barelor sunt desprinse până la eșec. Forța este împărțită la suprafață și rezultatul este rezistența la forfecare în suprafață.

De obicei, proiectez în jurul numărului scăzut de rezistență la forfecare anunțată aici, deoarece există mulți factori în joc care pot reduce rezistența reală. Printre acestea se numără pregătirea suprafeței, aplicarea suprafeței, temperatura și umiditatea.

Înainte de a aplica adezivul, va trebui să rugați suprafețele scripetelui și arborelui cu niște hârtie abrazivă (~200 – 300 granulație) sau o pilă fină. Acest lucru îi va oferi lipiciului mici spărturi de care să se apuce. Apoi veți dori să curățați și să degresați cu un demachiant și apoi să uscați complet. Îmi place să folosesc de obicei soluția de curățare a frânei pentru că îl am în preajmă.

Pentru a afla dacă aplicația dumneavoastră va rezista cuplului aplicat. Utilizați următoarele formule.

Unde Aria este aria suprafeței dintre arbore și scripete, d este diametrul arborelui, L este lungimea de suprapunere pentru arbore și scripete, F este forța de forfecare internă dintre arbore și scripete, S_seste rezistența la forfecare a adezivului, iar T este cuplul aplicat (sau cuplul maxim).

Folosind o rezistență medie la forfecare a adezivului de 1000 psi, un diametru de 0,19 inchi și o lungime de suprapunere de 0,38 inchi, putem constata că cuplul nostru maxim este de 43,1 in lb.

Există trei dezavantaje principale ale utilizării metodei adezive pentru a îmbina un scripete cu un arbore

Cuplul este limitat de diametru și rezistența adezivului, așa cum sa menționat deja

Există posibilitatea de a avea arborele și scripetele în afara centrului și/sau perpendicular. Acest lucru poate fi minimizat de toleranța dintre cele două, dar nu atât de strâns încât să ștergeți tot lipiciul.

Nu există nicio modalitate de a regla sau înlocui componentele fără posibilitatea de a deteriora una sau ambele componente. Ajustarea este importantă și această metodă nu permite deloc acest lucru.

Adunarea arborilor împreună? Consultați ghidul nostru pentru cuplele arborelui.

Pres-Fitting

Fixarea prin presare este o metodă încercată și adevărată de atașare a angrenajelor la arbori. A fost utilizat în industria căilor ferate ca metodă de economisire a banilor atunci când ansamblurile de roți se uzează sau devin deformate.

Sudura roții principale are un diametru prelucrat cu precizie și apoi se aplică o bandă subțire de oțel călit în jurul acesteia. Banda sau „anvelopa” este de fapt mai mică decât suprafața prelucrată. Acest lucru permite ca banda ieftină să fie înlocuită din când în când în locul întregului ansamblu de roată.

Următorul videoclip arată cum se scoate anvelopa de pe roată folosind căldură. Banda se va extinde în diametru pe măsură ce temperatura crește. Roata (diametrul interior) va rămâne aproximativ aceeași dimensiune, deoarece are mult mai multă masă și va radia mai repede căldură.

În acest moment, banda poate fi scoasă și instalată una nouă prin aceeași metodă.

Deoarece nu există blocare mecanică pe aceasta, se bazează 100% pe frecare și poate aluneca. Măsurarea și determinarea potrivirii prin presare este dificilă și de obicei trebuie făcute ipoteze.

Super SlowCalculator online gratuit Shaft Press Fitsau Go Pro

Unde Pr este presiunea dintre suprafețe, δ este cantitatea de fixare prin presare, d este diametrul arborelui, d_oeste diametrul exterior al butucului sau al angrenajului, d_ieste diametrul interior al arborelui (dacă este gol), μ este coeficientul de frecare dintre materiale și E și ν sunt modulul Young și raportul lui Poisson al materialelor.

Apăsați roți dințate pe un arbore

Încălzirea materialului va crește diametrul; prin urmare, scăzând cantitatea de ajustare prin presare, δ. Acest lucru face ca uneltele să fie pornite sau coborate mai ușor, dar rezultatul final este același odată ce se răcește.

Dacă faci asta acasă cu roți dințate din plastic. Încercați să le încălziți în cuptor la aproximativ 175 de grade până la 200 de grade (79 de grade până la 93 de grade) și apoi glisați-le pe arbore.

Această metodă este reglabilă, dar nu ușor și poate fi necesar să dezasamblați mai multe componente, astfel încât căldura să nu le distrugă.

Găuri forate în cruce

Găurirea unei găuri atât prin butucul angrenajului, cât și prin arbore este o modalitate excelentă de a obține un cuplu foarte mare. De asemenea, previne suprasolicitarea arborelui deoarece bolțul se va forfea (se va rupe) dacă cuplul este prea mare. Există trei tipuri principale de știfturi de utilizat în această aplicație, enumerate mai jos, de la cel mai slab la cel mai puternic.

Orificiu perforat în cruce cu știft cu rolă (arc).

Ace rulați (arcuri sau cu fante) – Acestea sunt bare plate care au fost rulate într-o formă rotundă. Ele tind să se deschidă cu arc (deci știfturi cu arc) permițând o fixare suficientă, astfel încât știftul să nu alunece. Le recomand pe acestea față de celelalte două opțiuni.

Știfturi de forfecare – Acești știfturi sunt solidi și au o crestătură la mijlocul în care știftul este proiectat să cedeze la o anumită forță. Este important să obțineți un știft în care crestătura să fie în același plan cu diametrul arborelui.

Dibluri – Acestea sunt doar știfturi solide de înaltă rezistență. Dacă gaura dvs. este prea mare, probabil va trebui să le lipiți la loc (de asemenea, știfturi de forfecare). Dacă aplicația dvs. inversează direcția sau sarcina, puteți încuraja adezivul să cedeze prematur și știftul să cadă.

Fiecare dintre știfturi va avea o rezistență la rupere anunțată și puteți selecta diametrul și tipul pe baza ecuațiilor de mai jos. F_seste forța tăietoare, T este cuplul aplicat și d este diametrul arborelui.

Această metodă vă oferă multă capacitate de a gestiona un cuplu mai mare, dar tot nu oferă nicio ajustare odată ce gaura este forată. Dacă încurci de prea multe ori, tija va arăta ca Brânza Elvețiană.

Beneficiul major este că aproape oricine poate face această articulație. Tot ce aveți nevoie este un burghiu, burghie și un ciocan.Recomand să găuriți mai întâi un diametru mai mic 1/16 – 3/32 și să vă verificați alinierea cu o scobitoare.Dacă este bun, găuriți-l până la diametrul dorit. Dacă nu, rotiți în altă parte a arborelui și încercați din nou.

ComprimareHuburi

Deși nu este o metodă obișnuită de atașare a angrenajelor la arbori, este disponibilă. Odată ce angrenajul este alunecat peste arbore, șurubul de fixare este strâns și frecarea va transporta cuplul. Coeficientul poate fi redus din neatenție din cauza arborilor uleios sau a utilizării antigripării. Cel mai bine este să folosiți metale diferite atunci când utilizați această metodă.

Costul realizării reliefurilor în componente face ca acest tip de metodă să costă prohibitiv în majoritatea cazurilor.

Doar evitați acest tip de articulație!

Șuruburi de fixare

Metoda (numai) șurubului de fixare de atașare la un arbore este foarte comună la scripetele de distribuție, angrenajele și pinioanele.

Este dificil să determinați ce fel de cuplu puteți obține dintr-un astfel de cuplaj. Rezultatul poate varia foarte mult din cauza coeficientului de frecare, a cuplului aplicat, a lubrifierii filetelor și a tipului de șurub de fixare. Ecuația de bază este următoarea:

Unde T este cuplul de ieșire, μ este coeficientul de frecare, F este forța normală de la un șurub de fixare și d este diametrul tălpii.

Majoritatea oamenilor doar strâng șurubul de fixare cât mai mult posibil. Atâta timp cât scripetele nu alunecă de la un cuplu excesiv, totul va fi bine. Cu toate acestea, atunci când se întâmplă, veți purta rapid o canelură în arbore. Acest lucru face ca diametrul arborelui dvs. să fie mai mic; reducând astfel cuplul maxim pe care îl puteți obține.

Principalul avantaj este că această metodă este 100% reglabilă pentru rotație la arbore și pe lungimea acestuia. În general, această metodă este disponibilă numai cu dimensiunile arborelui de 1/2 inch (13 mm) sau mai puțin.

Căi de cheie

Pentru majoritatea aplicațiilor industriale standardul este arborele cu cheie.De departe, orice echipament de pe raft va fi disponibil într-o varietate de orificii dimensionați cu fante pentru chei. De asemenea, le puteți cumpăra cu găuri neterminate și puteți tăia propriul canal de cheie, dacă doriți.

Când selectați o dimensiune a alezajului, asigurați-vă că nu selectați un arbore prea mare pentru angrenaj. Recent, am avut un sistem care folosea un 10-pinion cu dinți pe un arbore de 1". Sistemul avea niște vârfuri de presiune în el la pornire și chiar a spart pinionul în jumătate.

A reușit să facă acest lucru atât de ușor, deoarece materialul dintre exteriorul butucului și canalul de cheie avea o grosime de numai 1/8 inch. Am reușit să dublăm acest lucru la ¼ prin adăugarea unui dinte. Aceasta este o situație în care o spline evolventă ar fi o alegere mai bună (mai multe despre asta mai târziu).

Majoritatea angrenajelor sunt împiedicate să alunece pe arbore cu doar unul sau două șuruburi de fixare. În general, un șurub va fi pe cheie, iar celălalt va fi la 90 de grade față de el și va apăsa pe arbore. Pentru roți dințate drepte, acest lucru este adecvat, dar pentru roți dințate elicoidale, trebuie să existe mai multă angrenare pozitivă pe arbore pentru a ține seama de sarcina laterală. Soluțiile posibile sunt rulmenții axiali, rulmenții cu role conice sau inelele elastice.