I modsætning til Lego gear og aksler vist nedenfor har de fleste motorer perfekt runde aksler. Dette gør det vanskeligt at fastgøre tandhjul, remskiver og tandhjul.
De vigtigste metoder til fastgørelse af gear til aksler er klæbemidler, prespasning, krydsborede huller, kompression, sætskruer, kilespor, evolvente splines og koniske låsebøsninger. De fleste industrielle applikationer vil bruge kilespor og/eller sætskruer. Mens klæbemidler og prespasning normalt udføres på lavt drejningsmoment eller hobbyapplikationer.
Lad os undersøge hver metode og afveje fordele og ulemper. Jeg vil også bruge vilkårene; gear, remskiver, kædehjul og knastskiver, i flæng, da denne artikel omhandler, hvordan enheden er monteret, ikke hvad den gør.
Klæbemidler
Klæbemidler bruges mest i hobbyapplikationer med plastgear. Ikke kun fordi plastgear ikke kan klare meget drejningsmoment, men også fordi akselstørrelserne forbliver små i diameter.
Efterhånden som akseldiameteren øges, er den relative styrke af limfugen og akselstyrken ens på ca. 3/16″ (5 mm), når der bruges en konservativ limstyrke på 1000 psi (7 N/mm) og en aksel af C1018 stål ( 54 ksi, 370 MPa).
Konklusion: Brug af klæbemidler er et godt valg til små skafter
Som nævnt vil de fleste klæbemiddelproducenter annoncere en forskydningsstyrke på mindst 1000 psi og nogle så høje som 3000+ psi. En lap shear test udføres ved at have to lange tynde stænger fastgjort sammen med limen over et målbart område. Enderne af stængerne trækkes fra hinanden indtil fejl. Kraften divideres med arealet, og resultatet er skødets forskydningsstyrke.
Jeg plejer at designe omkring det lave antal annoncerede forskydningsstyrke her, da der er mange faktorer på spil, som kan sænke den faktiske styrke. Blandt disse er overfladeforberedelse, overfladepåføring, temperatur og fugtighed.
Før du påfører klæbemidlet, skal du ru op på remskivens og skaftets overflader med noget sandpapir (~200 – 300 korn) eller en fin fil. Dette vil give limen små hakker at tage fat i. Du vil derefter gerne rense og affedte med et rensemiddel og derefter tørre helt. Jeg kan godt lide at bruge bremserens normalt, fordi jeg har det omkring mig.
For at finde ud af, om din applikation vil modstå det påførte drejningsmoment. Brug følgende formler.
Hvor Arealet er overfladearealet mellem akslen og remskiven, d er akseldiameteren, L er overlapningslængden for akslen og remskiven, F er den indre forskydningskraft mellem akslen og remskiven, Sser klæbemidlets forskydningsstyrke, og T er det påførte (eller maksimale drejningsmoment).
Ved at bruge en gennemsnitlig klæbende forskydningsstyrke på 1000 psi, en diameter på 0,19 tommer og overlapningslængde på 0,38 tommer, kan vi konstatere, at vores maksimale drejningsmoment er 43,1 in lb.
Der er tre hovedulemper ved at bruge klæbemetoden til at forbinde en remskive til en aksel
Drejningsmomentet er begrænset af diameteren og klæbestyrken som allerede nævnt
Der er mulighed for at have akslen og remskiven ude af midten og/eller vinkelret. Dette kan minimeres af tolerancen mellem de to, men ikke så stramt, at du ville tørre al limen af.
Der er ingen måde at justere eller udskifte komponenterne uden muligheden for at beskadige 1 eller begge komponenter. Det er vigtigt at have justering, og denne metode tillader det overhovedet ikke.
Press-fitting
Prespasning er en gennemprøvet metode til at fastgøre gear til aksler. Det har været i brug i jernbaneindustrien som en metode til at spare penge, når hjulsamlinger slides eller bliver ude af runde.
Hovedhjulssvejsningen har en præcist bearbejdet diameter, og derefter påføres et tyndt bånd af hærdet stål rundt om det. Båndet eller "dækket" er faktisk mindre end den bearbejdede overflade. Dette gør det muligt at udskifte det billige bånd fra tid til anden i stedet for hele hjulsamlingen.
Den følgende video viser, hvordan dækket fjernes fra hjulet ved at bruge varme. Båndet vil udvide sig i diameter, når temperaturen stiger. Hjulet (indre diameter) vil forblive nogenlunde den samme størrelse, fordi det har meget mere masse og vil udstråle varme hurtigere væk.
På dette tidspunkt kan båndet prikes af og et nyt installeres på samme måde.
Fordi der ikke er nogen mekanisk lås på denne, er den 100% baseret på friktion og den kan glide. Det er vanskeligt at måle og bestemme prespasningen, og der skal normalt foretages antagelser.
Hvor Pr er trykket mellem overfladerne, δ er mængden af prespasning, d er akseldiameteren, doer den ydre diameter af navet eller gearet, dier akslens indvendige diameter (hvis hul), μ er friktionskoefficienten mellem materialerne, og E og ν er materialernes Young's Modulus og Poisson's Ratio.
Prespas gear på en aksel
Opvarmning af materialet vil øge diameteren; derfor reduceres mængden af prespasning, δ. Dette gør gearet nemmere at få af eller på, men slutresultatet er det samme, når det er afkølet.
Hvis du gør dette derhjemme med plastik gear. Prøv at varme dem op i ovnen ved omkring 175 grader til 200 grader (79 grader til 93 grader) og skub dem derefter på skaftet.
Denne metode er justerbar, men ikke let, og du skal muligvis skille flere komponenter ad, så varmen ikke ødelægger dem.
Krydsborede huller
At bore et hul gennem både gearnavet og akslen er en fantastisk måde at få en masse moment på. Det forhindrer også, at akslen bliver overbelastet, fordi stiften vil klippe (knække), hvis drejningsmomentet er for stort. Der er tre hovedtyper af stifter, der skal bruges i denne applikation, der er angivet nedenfor, fra svageste til stærkeste.
Krydsboret hul med rullestift (fjeder).
Rullepinde (fjedre eller slidsede) - Disse er flade stænger, der er blevet rullet til en rund form. De har en tendens til at springe op (derfor fjederstifter), hvilket tillader nok en prespasning, så stiften ikke glider ud. Jeg anbefaler disse frem for de to andre muligheder.
Forskydningsstifter – Disse stifter er solide og har et hak i midtpunktet, hvor stiften er designet til at svigte ved en bestemt kraft. Det er vigtigt at få en stift, hvor indhakket vil være i samme plan som akseldiameteren.
Dowel Pins - Disse er bare solide stifter med høj styrke. Hvis dit hul er for stort, skal du sandsynligvis lime disse på plads (også klippestifter). Hvis din påføring ændrer retning eller belastning, kan du opmuntre limen til at svigte for tidligt, og stiften til at falde ud.
Hver af stifterne vil have en annonceret brudstyrke, og du kan vælge diameter og type baseret på ligningerne nedenfor. Fser forskydningskraften, T er det påførte drejningsmoment, og d er akseldiameteren.
Denne metode giver dig masser af kapacitet til at håndtere mere moment, men den giver stadig ingen justering, når først hullet er boret. Hvis du roder for mange gange, vil skaftet ligne schweizerost.
En stor fordel er, at næsten alle kan lave denne joint. Alt du behøver er en boremaskine, bor og en hammer.Jeg anbefaler at bore en mindre diameter 1/16 – 3/32 først og kontrollere din justering med en tandstikker.Hvis den er god, så bor den ud til den diameter du ønsker. Hvis ikke, drej til en anden del af akslen og prøv igen.
Sådan fastgøres tandhjul, tandhjul og remskiver til aksler
Skrevet af Corey Rasmussen i Gears, Mechanical Design Sidst opdateret 22. august 2024
I modsætning til Lego gear og aksler vist nedenfor har de fleste motorer perfekt runde aksler. Dette gør det vanskeligt at fastgøre tandhjul, remskiver og tandhjul.
De vigtigste metoder til fastgørelse af gear til aksler er klæbemidler, prespasning, krydsborede huller, kompression, sætskruer, kilespor, evolvente splines og koniske låsebøsninger. De fleste industrielle applikationer vil bruge kilespor og/eller sætskruer. Mens klæbemidler og prespasning normalt udføres på lavt drejningsmoment eller hobbyapplikationer.
Lad os undersøge hver metode og afveje fordele og ulemper. Jeg vil også bruge vilkårene; gear, remskiver, kædehjul og knastskiver, i flæng, da denne artikel omhandler, hvordan enheden er monteret, ikke hvad den gør.
Klæbemidler
Klæbemidler bruges mest i hobbyapplikationer med plastgear. Ikke kun fordi plastgear ikke kan klare meget drejningsmoment, men også fordi akselstørrelserne forbliver små i diameter.
Billede med tilladelse fra Creative Commons
Er du spændt på at lære mere om Gears?
Tilmeld dig Mentored Engineers GRATIS Comprehensive Gear Design Master Class ($500 Value), der inkluderer hans Planetary Gear Calculator ($250 Value) og ugentligt Mentored Engineer Newsletter
Navn:
Bedste e-mail:
Comprehensive Gear Design Master Class er en 17 dele serie af videoer og tekst, hvor du lærer:
Sådan dimensioneres gear, så de passer ind
Beregn belastningen på tandhjulets tænder
Beregn gearforhold i planetsystemet
Efter at have gennemført dette kursus vil du være i stand til at designe og specificere gearkasser korrekt til dine applikationer første gang.
Kurset og lommeregneren har en samlet værdi på over $750! GRATIS
Vi respekterer dit e-mail-privatliv
Efterhånden som akseldiameteren øges, er den relative styrke af limfugen og akselstyrken ens på ca. 3/16″ (5 mm), når der bruges en konservativ limstyrke på 1000 psi (7 N/mm) og en aksel af C1018 stål ( 54 ksi, 370 MPa).
Konklusion: Brug af klæbemidler er et godt valg til små skafter
Som nævnt vil de fleste klæbemiddelproducenter annoncere en forskydningsstyrke på mindst 1000 psi og nogle så høje som 3000+ psi. En lap shear test udføres ved at have to lange tynde stænger fastgjort sammen med limen over et målbart område. Enderne af stængerne trækkes fra hinanden indtil fejl. Kraften divideres med arealet, og resultatet er skødets forskydningsstyrke.
Jeg plejer at designe omkring det lave antal annoncerede forskydningsstyrke her, da der er mange faktorer på spil, som kan sænke den faktiske styrke. Blandt disse er overfladeforberedelse, overfladepåføring, temperatur og fugtighed.
Før du påfører klæbemidlet, skal du ru op på remskivens og skaftets overflader med noget sandpapir (~200 – 300 korn) eller en fin fil. Dette vil give limen små hakker at tage fat i. Du vil derefter gerne rense og affedte med et rensemiddel og derefter tørre helt. Jeg kan godt lide at bruge bremserens normalt, fordi jeg har det omkring mig.
For at finde ud af, om din applikation vil modstå det påførte drejningsmoment. Brug følgende formler.
Hvor Arealet er overfladearealet mellem akslen og remskiven, d er akseldiameteren, L er overlapningslængden for akslen og remskiven, F er den indre forskydningskraft mellem akslen og remskiven, Sser klæbemidlets forskydningsstyrke, og T er det påførte (eller maksimale drejningsmoment).
Ved at bruge en gennemsnitlig klæbende forskydningsstyrke på 1000 psi, en diameter på 0,19 tommer og overlapningslængde på 0,38 tommer, kan vi konstatere, at vores maksimale drejningsmoment er 43,1 in lb.
Der er tre hovedulemper ved at bruge klæbemetoden til at forbinde en remskive til en aksel
Drejningsmomentet er begrænset af diameteren og klæbestyrken som allerede nævnt
Der er mulighed for at have akslen og remskiven ude af midten og/eller vinkelret. Dette kan minimeres af tolerancen mellem de to, men ikke så stramt, at du ville tørre al limen af.
Der er ingen måde at justere eller udskifte komponenterne uden muligheden for at beskadige 1 eller begge komponenter. Det er vigtigt at have justering, og denne metode tillader det overhovedet ikke.
Samle aksler? Se vores guide til akselkoblinger.
Press-fitting
Prespasning er en gennemprøvet metode til at fastgøre gear til aksler. Det har været i brug i jernbaneindustrien som en metode til at spare penge, når hjulsamlinger slides eller bliver ude af runde.
Hovedhjulssvejsningen har en præcist bearbejdet diameter, og derefter påføres et tyndt bånd af hærdet stål rundt om det. Båndet eller "dækket" er faktisk mindre end den bearbejdede overflade. Dette gør det muligt at udskifte det billige bånd fra tid til anden i stedet for hele hjulsamlingen.
Den følgende video viser, hvordan dækket fjernes fra hjulet ved at bruge varme. Båndet vil udvide sig i diameter, når temperaturen stiger. Hjulet (indre diameter) vil forblive nogenlunde den samme størrelse, fordi det har meget mere masse og vil udstråle varme hurtigere væk.
På dette tidspunkt kan båndet prikes af og et nyt installeres på samme måde.
Fordi der ikke er nogen mekanisk lås på denne, er den 100% baseret på friktion og den kan glide. Det er vanskeligt at måle og bestemme prespasningen, og der skal normalt foretages antagelser.
Super langsomGratis Online Skaft Press Fit Lommeregnereller Go Pro
Hvor Pr er trykket mellem overfladerne, δ er mængden af prespasning, d er akseldiameteren, doer den ydre diameter af navet eller gearet, dier akslens indvendige diameter (hvis hul), μ er friktionskoefficienten mellem materialerne, og E og ν er materialernes Young's Modulus og Poisson's Ratio.
Prespas gear på en aksel
Opvarmning af materialet vil øge diameteren; derfor reduceres mængden af prespasning, δ. Dette gør gearet nemmere at få af eller på, men slutresultatet er det samme, når det er afkølet.
Hvis du gør dette derhjemme med plastik gear. Prøv at varme dem op i ovnen ved omkring 175 grader til 200 grader (79 grader til 93 grader) og skub dem derefter på skaftet.
Denne metode er justerbar, men ikke let, og du skal muligvis skille flere komponenter ad, så varmen ikke ødelægger dem.
Krydsborede huller
At bore et hul gennem både gearnavet og akslen er en fantastisk måde at få en masse moment på. Det forhindrer også, at akslen bliver overbelastet, fordi stiften vil klippe (knække), hvis drejningsmomentet er for stort. Der er tre hovedtyper af stifter, der skal bruges i denne applikation, der er angivet nedenfor, fra svageste til stærkeste.
Krydsboret hul med rullestift (fjeder).
Rullepinde (fjedre eller slidsede) - Disse er flade stænger, der er blevet rullet til en rund form. De har en tendens til at springe op (derfor fjederstifter), hvilket tillader nok en prespasning, så stiften ikke glider ud. Jeg anbefaler disse frem for de to andre muligheder.
Forskydningsstifter – Disse stifter er solide og har et hak i midtpunktet, hvor stiften er designet til at svigte ved en bestemt kraft. Det er vigtigt at få en stift, hvor indhakket vil være i samme plan som akseldiameteren.
Dowel Pins - Disse er bare solide stifter med høj styrke. Hvis dit hul er for stort, skal du sandsynligvis lime disse på plads (også klippestifter). Hvis din påføring ændrer retning eller belastning, kan du opmuntre limen til at svigte for tidligt, og stiften til at falde ud.
Hver af stifterne vil have en annonceret brudstyrke, og du kan vælge diameter og type baseret på ligningerne nedenfor. Fser forskydningskraften, T er det påførte drejningsmoment, og d er akseldiameteren.
Denne metode giver dig masser af kapacitet til at håndtere mere moment, men den giver stadig ingen justering, når først hullet er boret. Hvis du roder for mange gange, vil skaftet ligne schweizerost.
En stor fordel er, at næsten alle kan lave denne joint. Alt du behøver er en boremaskine, bor og en hammer.Jeg anbefaler at bore en mindre diameter 1/16 – 3/32 først og kontrollere din justering med en tandstikker.Hvis den er god, så bor den ud til den diameter du ønsker. Hvis ikke, drej til en anden del af akslen og prøv igen.
KompressionHubs
Selvom det ikke er en almindelig metode til at fastgøre gear til aksler, er den tilgængelig. Når gearet er skudt over akslen, strammes sætskruen, og friktion vil bære drejningsmomentet. Koefficienten kan utilsigtet reduceres på grund af olieholdige aksler eller brugen af anti-seize. Det er bedst at bruge uens metaller, når du bruger denne metode.
Omkostningerne ved at lave relieffer i komponenterne gør denne type metode omkostningskrævende i de fleste tilfælde.
Bare undgå denne type joint!
Sæt skruer
Sætskruen (eneste) metode til at fastgøre til en aksel er meget almindelig med timing remskiver, tandhjul og tandhjul.
Det er svært at afgøre, hvilken slags moment man kan få ud af en kobling som denne. Resultatet kan variere voldsomt på grund af friktionskoefficient, påført drejningsmoment, smøring af gevind og sætskruetype. Den grundlæggende ligning er som følger:
Hvor T er udgangsmomentet, μ er friktionskoefficienten, F er normalkraften fra en sætskrue og d er daft-diameteren.
De fleste spænder bare sætskruen så meget som muligt. Så længe remskiven ikke glider af for stort drejningsmoment, vil alt være i orden. Men når det sker, vil du hurtigt slide en rille ind i skaftet. Dette gør din skaftdiameter mindre; dermed reducere det maksimale drejningsmoment, du kan opnå.
Den største fordel er, at denne metode er 100% justerbar til rotation til akslen og langs dens længde. Generelt er denne metode kun tilgængelig med skaftstørrelser 1/2" (13 mm) eller mindre.
Nøglespor
Til de fleste industrielle anvendelser er standarden nøgleaksler.Langt ethvert hyldeudstyr vil være tilgængeligt i en række forskellige boringer i størrelse med nøglehuller. Du kan også købe dem med ufærdige boringer og skære dit eget kilespor, hvis du vil.
Når du vælger en borestørrelse, skal du sørge for, at du ikke vælger en aksel, der er for stor til gearet. For nylig havde jeg et system, der brugte et 10-tandhjul på en 1" aksel. Systemet havde nogle trykspidser i sig ved opstart og knækkede faktisk kædehjulet på midten.
Det var i stand til at gøre dette så nemt, fordi materialet mellem ydersiden af navet og kilesporet kun var 1/8" tykt. Vi var i stand til at fordoble det til ¼ ved at tilføje en tand. Dette er en situation, hvor en involut spline ville være et bedre valg (mere om det senere).
De fleste gear holdes fra at glide på akslen med kun en eller to sætskruer. Generelt vil en skrue være på nøglen, og den anden vil være 90 grader i forhold til den og presse mod akslen. For cylindriske tandhjul er dette tilstrækkeligt, men for spiralformede gear skal der være mere positivt indgreb på akslen for at tage højde for sidebelastningen. Mulige løsninger er tryklejer, koniske rullelejer eller snapringe.
