Za razliko od spodaj prikazanih zobnikov in gredi Lego ima večina motorjev popolnoma okrogle gredi. To oteži pritrjevanje zobnikov, jermenic in zobnikov.
Glavni načini pritrditve zobnikov na gredi so lepila, stiskanje, prečno izvrtane luknje, stiskanje, nastavitveni vijaki, utori za ključe, evolventni zatiči in stožčaste zaklepne puše. Večina industrijskih aplikacij bo uporabljala utore za ključe in/ali nastavitvene vijake. Medtem ko se lepila in stiskanje običajno izvajajo pri nizkih navorih ali hobi aplikacijah.
Raziščimo vsako metodo in pretehtajmo prednosti in slabosti. Uporabljal bom tudi izraze; zobniki, jermenice, zobniki in odmikači, zamenljivo, saj ta članek obravnava, kako je naprava nameščena, ne pa, kaj počne.
Lepila
Lepila se večinoma uporabljajo v hobi aplikacijah s plastičnimi zobniki. Ne samo zato, ker plastični zobniki ne prenesejo velikega navora, ampak tudi zato, ker gredi ostajajo majhne v premeru.
Ker se premer gredi poveča, sta relativna trdnost lepilnega spoja in trdnost gredi enaki pri približno 3/16″ (5 mm) pri uporabi konzervativne trdnosti lepila 1000 psi (7 N/mm) in gredi iz jekla C1018 ( 54 ksi, 370 MPa).
Zaključek: uporaba lepil je dobra izbira za majhne jaške
Kot smo že omenili, večina proizvajalcev lepil oglašuje strižno trdnost v krogu najmanj 1000 psi, nekateri pa celo 3000+ psi. Preskus strižnega naročja se izvede tako, da se na merljivo površino z lepilom pritrdita dve dolgi ozki palici. Konci palic se vlečejo narazen do okvare. Sila se deli s površino in rezultat je strižna trdnost kroga.
Tu običajno načrtujem okoli nizkega števila oglaševane strižne trdnosti, saj je v igri veliko dejavnikov, ki lahko znižajo dejansko trdnost. Med njimi so priprava površine, nanos površine, temperatura in vlažnost.
Preden nanesete lepilo, boste morali površine jermenice in gredi nahrapaviti z nekaj brusnega papirja (zrnatost ~200 – 300) ali fino pilo. Tako bo lepilo dobilo majhne zareze, na katere se lahko oprime. Nato boste želeli očistiti in razmastiti s čistilom in nato popolnoma posušiti. Običajno rad uporabljam čistilo za zavore, ker ga imam pri roki.
Če želite ugotoviti, ali bo vaša aplikacija vzdržala uporabljeni navor. Uporabite naslednje formule.
kjer je Area površina med gredjo in jermenico, d je premer gredi, L je dolžina prekrivanja za gred in jermenico, F je notranja strižna sila med gredjo in jermenico, Ssje strižna trdnost lepila, T pa uporabljeni (ali največji navor).
Z uporabo povprečne strižne trdnosti lepila 1000 psi, premera 0,19 palca in dolžine prekrivanja 0,38 palca lahko ugotovimo, da je naš največji navor 43,1 in lb.
Obstajajo tri glavne slabosti uporabe metode lepljenja za spajanje škripca z gredjo
Navor je omejen s premerom in močjo lepljenja, kot je bilo že omenjeno
Obstaja možnost, da sta gred in jermenica izven sredine in/ali pravokotna. To je mogoče zmanjšati s toleranco med obema, vendar ne tako tesno, da bi obrisali vse lepilo.
Komponent ni mogoče prilagoditi ali zamenjati, ne da bi pri tem poškodovali eno ali obe komponenti. Prilagajanje je pomembno, ta metoda pa tega sploh ne omogoča.
Stiskanje
Stiskanje je preizkušen in resničen način pritrditve zobnikov na gredi. Uporablja se v železniški industriji kot metoda za prihranek denarja, ko se kolesni sklopi obrabijo ali zaokrožijo.
Glavni zvar kolesa ima natančno strojno obdelan premer, nato pa se okoli njega nanese tanek trak iz kaljenega jekla. Trak ali "pnevmatika" je dejansko manjša od obdelane površine. To omogoča občasno zamenjavo poceni traku namesto celotnega kolesnega sklopa.
Naslednji video prikazuje, kako se pnevmatika odstrani s kolesa s pomočjo toplote. Trak se bo povečal v premeru, ko se temperatura dvigne. Kolo (notranji premer) bo ostalo približno enako veliko, ker ima veliko večjo maso in bo hitreje oddajalo toploto.
Na tej točki lahko trak odstranite in na enak način namestite novega.
Ker na tem ni mehanske ključavnice, 100 % temelji na trenju in lahko zdrsne. Merjenje in določanje stiskalnice je težko in običajno je treba narediti predpostavke.
kjer je Pr tlak med površinama, δ je količina stiskanja, d je premer gredi, doje zunanji premer pesta ali zobnika, dije notranji premer gredi (če je votla), μ je koeficient trenja med materiali, E in ν pa sta Youngov modul in Poissonovo razmerje materialov.
Stiskanje zobnikov na gredi
Segrevanje materiala bo povečalo premer; torej zmanjšanje količine stiskanja, δ. To olajša vpenjanje ali sezuvanje orodja, vendar je končni rezultat enak, ko se ohladi.
Če to počnete doma s plastičnimi zobniki. Poskusite jih segreti v pečici na približno 175 stopinj do 200 stopinj (79 stopinj do 93 stopinj) in jih nato potisnite na gred.
Ta metoda je nastavljiva, vendar ni enostavna in morda boste morali razstaviti več komponent, da jih toplota ne uniči.
Križno izvrtane luknje
Vrtanje lukenj skozi pesto zobnika in gred je odličen način, da pridobite veliko navora. Prav tako preprečuje preobremenitev gredi, ker se bo zatič strgal (zlomil), če je navor prevelik. V tej aplikaciji lahko uporabite tri glavne vrste zatičev, ki so navedeni spodaj od najšibkejših do najmočnejših.
Križno izvrtana luknja z valjastim (vzmetnim) zatičem
Zatiči (vzmetni ali z režami) – To so ploščate palice, ki so bile zvaljane v okroglo obliko. Ponavadi se vzmetno odprejo (torej vzmetne zatiče), kar omogoča dovolj stiskanja, da zatič ne zdrsne ven. Te priporočam pred drugima dvema možnostma.
Strižni zatiči – ti zatiči so trdni in imajo zarezo na sredini, kjer je zatič zasnovan tako, da odpove pri določeni sili. Pomembno je, da dobite zatič, kjer bo zareza v isti ravnini kot premer gredi.
Zatiči za moznike – To so le trdni zatiči visoke trdnosti. Če je vaša luknja prevelika, jih boste verjetno morali prilepiti (tudi strižne zatiče). Če vaša aplikacija obrne smer ali obremenitev, lahko spodbudite, da lepilo prezgodaj odpove in zatič izpade.
Vsak od zatičev bo imel oglaševano pretržno trdnost, premer in vrsto pa lahko izberete na podlagi spodnjih enačb. Fsje strižna sila, T je uporabljeni navor in d je premer gredi.
Ta metoda vam daje veliko zmogljivosti za obvladovanje večjega navora, vendar še vedno ne zagotavlja nobene prilagoditve, ko je luknja izvrtana. Če prevečkrat zamočite, bo gred videti kot švicarski sir.
Glavna prednost je, da lahko skoraj vsak naredi ta spoj. Vse kar potrebujete je vrtalnik, svedri in kladivo.Priporočam, da najprej izvrtate manjši premer 1/16 – 3/32 in preverite poravnavo z zobotrebcem.Če je dober, ga izvrtajte do želenega premera. Če ne, zavrtite na drug del gredi in poskusite znova.
Kako pritrditi zobnike, verižnike in jermenice na gredi
Napisal Corey Rasmussen v Gears, Mechanical Design Nazadnje posodobljeno 22. avgusta 2024
Za razliko od spodaj prikazanih zobnikov in gredi Lego ima večina motorjev popolnoma okrogle gredi. To oteži pritrjevanje zobnikov, jermenic in zobnikov.
Glavni načini pritrditve zobnikov na gredi so lepila, stiskanje, prečno izvrtane luknje, stiskanje, nastavitveni vijaki, utori za ključe, evolventni zatiči in stožčaste zaklepne puše. Večina industrijskih aplikacij bo uporabljala utore za ključe in/ali nastavitvene vijake. Medtem ko se lepila in stiskanje običajno izvajajo pri nizkih navorih ali hobi aplikacijah.
Raziščimo vsako metodo in pretehtajmo prednosti in slabosti. Uporabljal bom tudi izraze; zobniki, jermenice, zobniki in odmikači, zamenljivo, saj ta članek obravnava, kako je naprava nameščena, ne pa, kaj počne.
Lepila
Lepila se večinoma uporabljajo v hobi aplikacijah s plastičnimi zobniki. Ne samo zato, ker plastični zobniki ne prenesejo velikega navora, ampak tudi zato, ker gredi ostajajo majhne v premeru.
Slika z dovoljenjem Creative Commons
Vas zanima več o Gears?
Prijavite se na BREZPLAČNI mojstrski tečaj mentoriranega inženirja o oblikovanju orodja (vrednost 500 USD), ki vključuje njegov planetarni kalkulator orodja (vrednost 250 USD) in tedensko glasilo mentoriranega inženirja
ime:
Najboljša e-pošta:
Celovit mojstrski tečaj oblikovanja opreme je 17-delna serija videoposnetkov in besedil, kjer se boste naučili:
Kako določiti velikost zobnikov, da se zaprejo
Izračunajte napetost na zobeh zobnikov
Izračunajte prestavna razmerja v planetnem sistemu
Po zaključku tega tečaja boste prvič sposobni pravilno načrtovati in specificirati menjalnike za svoje aplikacije.
Tečaj in kalkulator imata skupno vrednost več kot 750 USD! BREZPLAČNO
Spoštujemo vašo zasebnost e-pošte
Ker se premer gredi poveča, sta relativna trdnost lepilnega spoja in trdnost gredi enaki pri približno 3/16″ (5 mm) pri uporabi konzervativne trdnosti lepila 1000 psi (7 N/mm) in gredi iz jekla C1018 ( 54 ksi, 370 MPa).
Zaključek: uporaba lepil je dobra izbira za majhne jaške
Kot smo že omenili, večina proizvajalcev lepil oglašuje strižno trdnost v krogu najmanj 1000 psi, nekateri pa celo 3000+ psi. Preskus strižnega naročja se izvede tako, da se na merljivo površino z lepilom pritrdita dve dolgi ozki palici. Konci palic se vlečejo narazen do okvare. Sila se deli s površino in rezultat je strižna trdnost kroga.
Tu običajno načrtujem okoli nizkega števila oglaševane strižne trdnosti, saj je v igri veliko dejavnikov, ki lahko znižajo dejansko trdnost. Med njimi so priprava površine, nanos površine, temperatura in vlažnost.
Preden nanesete lepilo, boste morali površine jermenice in gredi nahrapaviti z nekaj brusnega papirja (zrnatost ~200 – 300) ali fino pilo. Tako bo lepilo dobilo majhne zareze, na katere se lahko oprime. Nato boste želeli očistiti in razmastiti s čistilom in nato popolnoma posušiti. Običajno rad uporabljam čistilo za zavore, ker ga imam pri roki.
Če želite ugotoviti, ali bo vaša aplikacija vzdržala uporabljeni navor. Uporabite naslednje formule.
kjer je Area površina med gredjo in jermenico, d je premer gredi, L je dolžina prekrivanja za gred in jermenico, F je notranja strižna sila med gredjo in jermenico, Ssje strižna trdnost lepila, T pa uporabljeni (ali največji navor).
Z uporabo povprečne strižne trdnosti lepila 1000 psi, premera 0,19 palca in dolžine prekrivanja 0,38 palca lahko ugotovimo, da je naš največji navor 43,1 in lb.
Obstajajo tri glavne slabosti uporabe metode lepljenja za spajanje škripca z gredjo
Navor je omejen s premerom in močjo lepljenja, kot je bilo že omenjeno
Obstaja možnost, da sta gred in jermenica izven sredine in/ali pravokotna. To je mogoče zmanjšati s toleranco med obema, vendar ne tako tesno, da bi obrisali vse lepilo.
Komponent ni mogoče prilagoditi ali zamenjati, ne da bi pri tem poškodovali eno ali obe komponenti. Prilagajanje je pomembno, ta metoda pa tega sploh ne omogoča.
Spajanje gredi skupaj? Oglejte si naš vodnik za spojke gredi.
Stiskanje
Stiskanje je preizkušen in resničen način pritrditve zobnikov na gredi. Uporablja se v železniški industriji kot metoda za prihranek denarja, ko se kolesni sklopi obrabijo ali zaokrožijo.
Glavni zvar kolesa ima natančno strojno obdelan premer, nato pa se okoli njega nanese tanek trak iz kaljenega jekla. Trak ali "pnevmatika" je dejansko manjša od obdelane površine. To omogoča občasno zamenjavo poceni traku namesto celotnega kolesnega sklopa.
Naslednji video prikazuje, kako se pnevmatika odstrani s kolesa s pomočjo toplote. Trak se bo povečal v premeru, ko se temperatura dvigne. Kolo (notranji premer) bo ostalo približno enako veliko, ker ima veliko večjo maso in bo hitreje oddajalo toploto.
Na tej točki lahko trak odstranite in na enak način namestite novega.
Ker na tem ni mehanske ključavnice, 100 % temelji na trenju in lahko zdrsne. Merjenje in določanje stiskalnice je težko in običajno je treba narediti predpostavke.
Super počasiBrezplačni spletni kalkulator za stiskanje grediali Go Pro
kjer je Pr tlak med površinama, δ je količina stiskanja, d je premer gredi, doje zunanji premer pesta ali zobnika, dije notranji premer gredi (če je votla), μ je koeficient trenja med materiali, E in ν pa sta Youngov modul in Poissonovo razmerje materialov.
Stiskanje zobnikov na gredi
Segrevanje materiala bo povečalo premer; torej zmanjšanje količine stiskanja, δ. To olajša vpenjanje ali sezuvanje orodja, vendar je končni rezultat enak, ko se ohladi.
Če to počnete doma s plastičnimi zobniki. Poskusite jih segreti v pečici na približno 175 stopinj do 200 stopinj (79 stopinj do 93 stopinj) in jih nato potisnite na gred.
Ta metoda je nastavljiva, vendar ni enostavna in morda boste morali razstaviti več komponent, da jih toplota ne uniči.
Križno izvrtane luknje
Vrtanje lukenj skozi pesto zobnika in gred je odličen način, da pridobite veliko navora. Prav tako preprečuje preobremenitev gredi, ker se bo zatič strgal (zlomil), če je navor prevelik. V tej aplikaciji lahko uporabite tri glavne vrste zatičev, ki so navedeni spodaj od najšibkejših do najmočnejših.
Križno izvrtana luknja z valjastim (vzmetnim) zatičem
Zatiči (vzmetni ali z režami) – To so ploščate palice, ki so bile zvaljane v okroglo obliko. Ponavadi se vzmetno odprejo (torej vzmetne zatiče), kar omogoča dovolj stiskanja, da zatič ne zdrsne ven. Te priporočam pred drugima dvema možnostma.
Strižni zatiči – ti zatiči so trdni in imajo zarezo na sredini, kjer je zatič zasnovan tako, da odpove pri določeni sili. Pomembno je, da dobite zatič, kjer bo zareza v isti ravnini kot premer gredi.
Zatiči za moznike – To so le trdni zatiči visoke trdnosti. Če je vaša luknja prevelika, jih boste verjetno morali prilepiti (tudi strižne zatiče). Če vaša aplikacija obrne smer ali obremenitev, lahko spodbudite, da lepilo prezgodaj odpove in zatič izpade.
Vsak od zatičev bo imel oglaševano pretržno trdnost, premer in vrsto pa lahko izberete na podlagi spodnjih enačb. Fsje strižna sila, T je uporabljeni navor in d je premer gredi.
Ta metoda vam daje veliko zmogljivosti za obvladovanje večjega navora, vendar še vedno ne zagotavlja nobene prilagoditve, ko je luknja izvrtana. Če prevečkrat zamočite, bo gred videti kot švicarski sir.
Glavna prednost je, da lahko skoraj vsak naredi ta spoj. Vse kar potrebujete je vrtalnik, svedri in kladivo.Priporočam, da najprej izvrtate manjši premer 1/16 – 3/32 in preverite poravnavo z zobotrebcem.Če je dober, ga izvrtajte do želenega premera. Če ne, zavrtite na drug del gredi in poskusite znova.
StiskanjeVozlišča
Čeprav ni običajna metoda pritrditve zobnikov na gredi, je na voljo. Ko je zobnik zdrsnil čez gred, je nastavitveni vijak zategnjen in trenje bo prenašalo navor. Koeficient se lahko nenamerno zmanjša zaradi naoljenih gredi ali uporabe protizasegnega sredstva. Pri uporabi te metode je najbolje uporabiti različne kovine.
Zaradi stroškov izdelave reliefov v komponentah je ta vrsta metode v večini primerov previsoka.
Samo izogibajte se tej vrsti spoja!
Nastavitveni vijaki
Način pritrditve na gred (samo) z nastavitvenim vijakom je zelo pogost pri jermenicah, zobnikih in zobnikih.
Težko je določiti, kakšen navor lahko dosežete s takšno sklopko. Rezultat se lahko zelo razlikuje zaradi koeficienta trenja, uporabljenega navora, mazanja navojev in vrste nastavitvenega vijaka. Osnovna enačba je naslednja:
Kjer je T izhodni navor, μ je koeficient trenja, F je normalna sila enega nastavitvenega vijaka in d je premer osi.
Večina ljudi samo zategne nastavitveni vijak, kolikor je mogoče. Dokler jermenica ne bo zdrsnila zaradi prevelikega navora, bo vse v redu. Ko pa se to zgodi, boste hitro obrabili utor v gredi. Zaradi tega je vaš premer gredi manjši; tako zmanjšate največji navor, ki ga lahko dosežete.
Glavna prednost je, da je ta metoda 100-odstotno nastavljiva za vrtenje na gredi in po njeni dolžini. Na splošno je ta metoda na voljo samo z velikostmi gredi 1/2″ (13 mm) ali manj.
Utore za ključe
Za večino industrijskih aplikacij so standardne gredi s ključi.Daleč vsa oprema, ki je že na prodajnih policah, bo na voljo v različnih velikostih izvrtin z režami za ključe. Lahko jih kupite tudi z nedokončanimi izvrtinami in po želji sami izrežete utor za ključ.
Pri izbiri velikosti izvrtine se prepričajte, da ne izberete gredi, ki je prevelika za zobnik. Pred kratkim sem imel sistem, ki je uporabljal 10-zobati zobnik na 1-palčni gredi. Sistem je imel ob zagonu nekaj pritiskov v sebi in je dejansko zlomil zobnik na pol.
To je lahko naredil tako enostavno, ker je bil material med zunanjo stranjo pesta in utorom za moznik debel le 1/8". To smo lahko podvojili na ¼ z dodajanjem enega zoba. To je situacija, ko bi evolventni zlepek biti boljša izbira (več o tem pozneje).
Večino zobnikov pred drsenjem na gredi zadržimo samo z enim ali dvema nastavitvenima vijakoma. Na splošno bo en vijak na ključu, drugi pa bo pod kotom 90 stopinj nanj in pritiskal na gred. Pri čelnih zobnikih je to primerno, pri vijačnih zobnikih pa mora biti na gredi več pozitivnega vprijema, da se upošteva stranska obremenitev. Možne rešitve so potisni ležaji, stožčasti valjčni ležaji ali zaskočni obroči.
