A diferència dels engranatges i eixos de Lego que es mostren a continuació, la majoria dels motors tenen eixos perfectament rodons. Això dificulta la col·locació d'engranatges, politges i pinyons.
Els principals mètodes de fixació d'engranatges als eixos són adhesius, ajust a pressió, forats creuats, compressió, cargols de fixació, ranures, estries evolvents i casquilles de bloqueig cònics. La majoria de les aplicacions industrials utilitzaran ranures i/o cargols de fixació. Mentre que els adhesius i l'ajust de premsa es fan generalment en aplicacions d'afició o de parell baix.
Anem a investigar cada mètode sospesant els pros i els contres. També faré servir els termes; engranatges, politges, rodes dentades i lleves, de manera intercanviable, ja que aquest article aborda com es munta el dispositiu, no què fa.
Adhesius
Els adhesius s'utilitzen principalment en aplicacions d'afició amb engranatges de plàstic. No només perquè els engranatges de plàstic no poden suportar gaire parell, sinó també perquè les mides de l'eix segueixen sent petites de diàmetre.
A mesura que el diàmetre de l'eix augmenta, la força relativa de la junta de cola i la força de l'eix són iguals a aproximadament 3/16 "(5 mm) quan s'utilitza una força conservadora de cola de 1000 psi (7 N/mm) i un eix d'acer C1018 ( 54 ksi, 370 MPa).
Conclusió: utilitzar adhesius és una bona opció per a eixos petits
Com s'ha esmentat, la majoria dels fabricants d'adhesius anunciaran una resistència al tall de solap d'almenys 1000 psi i alguns fins a 3000+ psi. Una prova de cisalla de volta es fa tenint dues barres llargues i primes unides amb la cola sobre una àrea mesurable. Els extrems de les barres es separen fins a fallar. La força es divideix per l'àrea i el resultat és la resistència al tall de solapa.
Normalment dissenyo al voltant del baix nombre de resistència al tall anunciada aquí, ja que hi ha molts factors en joc que poden reduir la força real. Entre aquests es troben la preparació de la superfície, l'aplicació de la superfície, la temperatura i la humitat.
Abans d'aplicar l'adhesiu, haureu de desbastar les superfícies de la politja i l'eix amb un paper de vidre (~ 200 – 300 gra) o una llima fina. Això donarà a la cola petites retallades per agafar-hi. Aleshores, voldreu netejar i desengreixar amb un netejador i després assecar-lo completament. Normalment, m'agrada utilitzar netejador de frens perquè el tinc a prop.
Per esbrinar si la vostra aplicació suportarà el parell aplicat. Utilitzeu les següents fórmules.
On Àrea és l'àrea de superfície entre l'eix i la politja, d és el diàmetre de l'eix, L és la longitud de solapament de l'eix i la politja, F és la força de tall interna entre l'eix i la politja, Ssés la resistència a tall de l'adhesiu i T és el parell aplicat (o parell màxim).
Utilitzant una força de cisalla adhesiva mitjana de 1000 psi, un diàmetre de 0,19 polzades i una longitud de superposició de 0,38 polzades, podem trobar que el nostre parell màxim és de 43,1 polzades de lliures.
Hi ha tres inconvenients principals d'utilitzar el mètode adhesiu per unir una politja a un eix
El parell està limitat pel diàmetre i la força adhesiva com ja s'ha esmentat
Hi ha la possibilitat de tenir l'eix i la politja fora del centre i/o perpendiculars. Això es pot minimitzar amb la tolerància entre els dos, però no tan ajustat que esborraries tota la cola.
No hi ha manera d'ajustar o substituir els components sense la possibilitat de danyar un o els dos components. L'ajustament és important i aquest mètode no ho permet en absolut.
Press-Fitting
L'ajust a pressió és un mètode provat i veritable per connectar engranatges als eixos. S'ha utilitzat a la indústria del ferrocarril com a mètode per estalviar diners quan els conjunts de rodes es desgasten o queden fora de rodó.
La soldadura de la roda principal té un diàmetre mecanitzat amb precisió i després s'aplica una banda fina d'acer endurit al seu voltant. La banda o "pneumàtic" és realment més petit que la superfície mecanitzada. Això permet que la banda econòmica es substitueixi de tant en tant en lloc de tot el conjunt de la roda.
El següent vídeo mostra com es retira el pneumàtic de la roda utilitzant calor. La banda s'expandirà de diàmetre a mesura que augmenta la temperatura. La roda (diàmetre interior) es mantindrà aproximadament de la mateixa mida perquè té molta més massa i radiarà calor més ràpidament.
En aquest punt, es pot treure la banda i instal·lar-ne una de nova pel mateix mètode.
Com que no hi ha cap bloqueig mecànic, es basa al 100% en la fricció i pot lliscar. Mesurar i determinar l'ajust de premsa és difícil i normalment cal fer suposicions.
On Pr és la pressió entre les superfícies, δ és la quantitat d'ajustament a pressió, d és el diàmetre de l'eix, doés el diàmetre exterior del cub o engranatge, diés el diàmetre interior de l'eix (si és buit), μ és el coeficient de fricció entre els materials i E i ν són el mòdul de Young i la relació de Poisson dels materials.
Premeu els engranatges en un eix
L'escalfament del material augmentarà el diàmetre; per tant, disminuint la quantitat d'ajust de premsa, δ. Això fa que l'engranatge sigui més fàcil de pujar o baixar, però el resultat final és el mateix quan es refreda.
Si ho feu a casa amb engranatges de plàstic. Proveu d'escalfar-los al forn a uns 175 graus a 200 graus (79 graus a 93 graus) i després llisqueu-los a l'eix.
Aquest mètode és ajustable, però no és fàcil i és possible que hàgiu de desmuntar diversos components perquè la calor no els destrueixi.
Forats creuats
Perforar un forat tant al nucli de l'engranatge com a l'eix és una manera fantàstica d'aconseguir un gran parell. També evita que l'eix es sobrecarregui perquè el passador es tallarà (es trencarà) si el parell és massa. Hi ha tres tipus principals de pins per utilitzar en aquesta aplicació que s'enumeren a continuació, del més feble al més fort.
Forat creuat amb passador de rotlle (molla).
Pins enrotllables (de molla o ranurats): són barres planes que s'han enrotllat a una forma rodona. Tendeixen a obrir-se de manera ràpida (per tant, passadors de molla) permetent un ajustament suficient perquè el passador no llisqui. Els recomano sobre les altres dues opcions.
Pins de cisalla: aquests pins són sòlids i tenen una osca al punt mitjà on el passador està dissenyat per fallar amb una força específica. És important aconseguir un passador on l'osca estigui al mateix pla que el diàmetre de l'eix.
Pins de tac: només són pins sòlids d'alta resistència. Si el vostre forat és massa gran, probablement haureu d'enganxar-los al seu lloc (també els passadors de cisalla). Si la vostra aplicació inverteix la direcció o la càrrega, podeu animar que la cola falli prematurament i que el passador caigui.
Cadascun dels pins tindrà una força de trencament anunciada i podeu seleccionar el diàmetre i el tipus en funció de les equacions següents. Fsés la força de tall, T és el parell aplicat i d és el diàmetre de l'eix.
Aquest mètode us ofereix molta capacitat per manejar més parell, però encara no ofereix cap ajust un cop perforat el forat. Si ho feu massa vegades, l'eix semblarà un formatge suís.
El principal avantatge és que gairebé tothom pot fer aquesta articulació. Tot el que necessiteu és un trepant, broques i un martell.Recomano perforar primer un diàmetre més petit d'1/16 a 3/32 i comproveu la vostra alineació amb un escuradents.Si és bo, foradeu-lo fins al diàmetre que vulgueu. Si no, gira a una altra part de l'eix i torna-ho a provar.
Com connectar engranatges, rodes dentades i politges als eixos
Escrit per Corey Rasmussen a Gears,Mechanical Design Darrera actualització el 22 d'agost de 2024
A diferència dels engranatges i eixos de Lego que es mostren a continuació, la majoria dels motors tenen eixos perfectament rodons. Això dificulta la col·locació d'engranatges, politges i pinyons.
Els principals mètodes de fixació d'engranatges als eixos són adhesius, ajust a pressió, forats creuats, compressió, cargols de fixació, ranures, estries evolvents i casquilles de bloqueig cònics. La majoria de les aplicacions industrials utilitzaran ranures i/o cargols de fixació. Mentre que els adhesius i l'ajust de premsa es fan generalment en aplicacions d'afició o de parell baix.
Anem a investigar cada mètode sospesant els pros i els contres. També faré servir els termes; engranatges, politges, rodes dentades i lleves, de manera intercanviable, ja que aquest article aborda com es munta el dispositiu, no què fa.
Adhesius
Els adhesius s'utilitzen principalment en aplicacions d'afició amb engranatges de plàstic. No només perquè els engranatges de plàstic no poden suportar gaire parell, sinó també perquè les mides de l'eix segueixen sent petites de diàmetre.
Imatge cortesia de Creative Commons
T'animes a saber més sobre Gears?
Inscriu-te a la classe magistral de disseny integral d'engranatges GRATUÏTA de Mentored Engineer (valor de 500 dòlars) que inclou la seva calculadora d'engranatges planetaris (valor de 250 dòlars) i el butlletí setmanal de Mentored Engineer.
Nom:
Millor correu electrònic:
La classe magistral de disseny integral d'engranatges és una sèrie de 17 parts de vídeos i textos on aprendràs:
Com dimensionar els engranatges perquè engranin
Calcula la tensió sobre les dents de l'engranatge
Calcular les relacions d'engranatge en un sistema planetari
Després de completar aquest curs, podreu dissenyar i especificar correctament les caixes d'engranatges per a les vostres aplicacions per primera vegada.
El curs i la calculadora tenen un valor combinat de més de $750! GRATIS
Respectem la vostra privadesa de correu electrònic
A mesura que el diàmetre de l'eix augmenta, la força relativa de la junta de cola i la força de l'eix són iguals a aproximadament 3/16 "(5 mm) quan s'utilitza una força conservadora de cola de 1000 psi (7 N/mm) i un eix d'acer C1018 ( 54 ksi, 370 MPa).
Conclusió: utilitzar adhesius és una bona opció per a eixos petits
Com s'ha esmentat, la majoria dels fabricants d'adhesius anunciaran una resistència al tall de solap d'almenys 1000 psi i alguns fins a 3000+ psi. Una prova de cisalla de volta es fa tenint dues barres llargues i primes unides amb la cola sobre una àrea mesurable. Els extrems de les barres es separen fins a fallar. La força es divideix per l'àrea i el resultat és la resistència al tall de solapa.
Normalment dissenyo al voltant del baix nombre de resistència al tall anunciada aquí, ja que hi ha molts factors en joc que poden reduir la força real. Entre aquests es troben la preparació de la superfície, l'aplicació de la superfície, la temperatura i la humitat.
Abans d'aplicar l'adhesiu, haureu de desbastar les superfícies de la politja i l'eix amb un paper de vidre (~ 200 – 300 gra) o una llima fina. Això donarà a la cola petites retallades per agafar-hi. Aleshores, voldreu netejar i desengreixar amb un netejador i després assecar-lo completament. Normalment, m'agrada utilitzar netejador de frens perquè el tinc a prop.
Per esbrinar si la vostra aplicació suportarà el parell aplicat. Utilitzeu les següents fórmules.
On Àrea és l'àrea de superfície entre l'eix i la politja, d és el diàmetre de l'eix, L és la longitud de solapament de l'eix i la politja, F és la força de tall interna entre l'eix i la politja, Ssés la resistència a tall de l'adhesiu i T és el parell aplicat (o parell màxim).
Utilitzant una força de cisalla adhesiva mitjana de 1000 psi, un diàmetre de 0,19 polzades i una longitud de superposició de 0,38 polzades, podem trobar que el nostre parell màxim és de 43,1 polzades de lliures.
Hi ha tres inconvenients principals d'utilitzar el mètode adhesiu per unir una politja a un eix
El parell està limitat pel diàmetre i la força adhesiva com ja s'ha esmentat
Hi ha la possibilitat de tenir l'eix i la politja fora del centre i/o perpendiculars. Això es pot minimitzar amb la tolerància entre els dos, però no tan ajustat que esborraries tota la cola.
No hi ha manera d'ajustar o substituir els components sense la possibilitat de danyar un o els dos components. L'ajustament és important i aquest mètode no ho permet en absolut.
Unir eixos junts? Consulteu la nostra guia d'acoblaments d'eix.
Muntatge a pressió
L'ajust a pressió és un mètode provat i veritable per connectar engranatges als eixos. S'ha utilitzat a la indústria del ferrocarril com a mètode per estalviar diners quan els conjunts de rodes es desgasten o queden fora de rodó.
La soldadura de la roda principal té un diàmetre mecanitzat amb precisió i després s'aplica una banda fina d'acer endurit al seu voltant. La banda o "pneumàtic" és realment més petit que la superfície mecanitzada. Això permet que la banda econòmica es substitueixi de tant en tant en lloc de tot el conjunt de la roda.
El següent vídeo mostra com es retira el pneumàtic de la roda utilitzant calor. La banda s'expandirà de diàmetre a mesura que augmenta la temperatura. La roda (diàmetre interior) es mantindrà aproximadament de la mateixa mida perquè té molta més massa i radiarà calor més ràpidament.
En aquest punt, es pot treure la banda i instal·lar-ne una de nova pel mateix mètode.
Com que no hi ha cap bloqueig mecànic, es basa al 100% en la fricció i pot lliscar. Mesurar i determinar l'ajust de premsa és difícil i normalment cal fer suposicions.
Súper LentCalculadora en línia gratuïta d'ajust de premsa de l'eixo Go Pro
On Pr és la pressió entre les superfícies, δ és la quantitat d'ajustament a pressió, d és el diàmetre de l'eix, doés el diàmetre exterior del cub o engranatge, diés el diàmetre interior de l'eix (si és buit), μ és el coeficient de fricció entre els materials i E i ν són el mòdul de Young i la relació de Poisson dels materials.
Premeu els engranatges en un eix
L'escalfament del material augmentarà el diàmetre; per tant, disminuint la quantitat d'ajust de premsa, δ. Això fa que l'engranatge sigui més fàcil de pujar o baixar, però el resultat final és el mateix quan es refreda.
Si ho feu a casa amb engranatges de plàstic. Proveu d'escalfar-los al forn a uns 175 graus a 200 graus (79 graus a 93 graus) i després llisqueu-los a l'eix.
Aquest mètode és ajustable, però no és fàcil i és possible que hàgiu de desmuntar diversos components perquè la calor no els destrueixi.
Forats creuats
Perforar un forat tant al nucli de l'engranatge com a l'eix és una manera fantàstica d'aconseguir un gran parell. També evita que l'eix es sobrecarregui perquè el passador es tallarà (es trencarà) si el parell és massa. Hi ha tres tipus principals de pins per utilitzar en aquesta aplicació que s'enumeren a continuació, del més feble al més fort.
Forat creuat amb passador de rotlle (molla).
Pins enrotllables (de molla o ranurats): són barres planes que s'han enrotllat a una forma rodona. Tendeixen a obrir-se de manera ràpida (per tant, passadors de molla) permetent un ajustament suficient perquè el passador no llisqui. Els recomano sobre les altres dues opcions.
Pins de cisalla: aquests pins són sòlids i tenen una osca al punt mitjà on el passador està dissenyat per fallar amb una força específica. És important aconseguir un passador on l'osca estigui al mateix pla que el diàmetre de l'eix.
Pins de tac: només són pins sòlids d'alta resistència. Si el vostre forat és massa gran, probablement haureu d'enganxar-los al seu lloc (també els passadors de cisalla). Si la vostra aplicació inverteix la direcció o la càrrega, podeu animar que la cola falli prematurament i que el passador caigui.
Cadascun dels pins tindrà una força de trencament anunciada i podeu seleccionar el diàmetre i el tipus en funció de les equacions següents. Fsés la força de tall, T és el parell aplicat i d és el diàmetre de l'eix.
Aquest mètode us ofereix molta capacitat per manejar més parell, però encara no ofereix cap ajust un cop perforat el forat. Si ho feu massa vegades, l'eix semblarà un formatge suís.
El principal avantatge és que gairebé tothom pot fer aquesta articulació. Tot el que necessiteu és un trepant, broques i un martell.Recomano perforar primer un diàmetre més petit d'1/16 a 3/32 i comproveu la vostra alineació amb un escuradents.Si és bo, foradeu-lo fins al diàmetre que vulgueu. Si no, gira a una altra part de l'eix i torna-ho a provar.
CompressióHubs
Tot i que no és un mètode habitual per connectar engranatges als eixos, està disponible. Una vegada que l'engranatge es fa lliscar sobre l'eix, el cargol de fixació s'estreny i la fricció portarà el parell. El coeficient es pot reduir inadvertidament a causa dels eixos greixosos o l'ús d'anti-seize. El millor és utilitzar metalls diferents quan s'utilitza aquest mètode.
El cost de fer els relleus en els components fa que aquest tipus de mètode sigui prohibitiu en la majoria dels casos.
Només eviteu aquest tipus d'articulació!
Cargols de fixació
El mètode de fixació (només) del cargol de fixació a un eix és molt comú amb les politges de distribució, els engranatges i els pinyons.
És difícil determinar quin tipus de parell es pot treure d'un acoblament com aquest. El resultat pot variar molt a causa del coeficient de fricció, el parell aplicat, la lubricació de les rosques i el tipus de cargol de fixació. L'equació bàsica és la següent:
On T és el parell de sortida, μ és el coeficient de fricció, F és la força normal d'un cargol de fixació i d és el diàmetre de la torsió.
La majoria de la gent només apreta el cargol de fixació tant com sigui possible. Mentre la politja no llisqui per un parell excessiu, tot anirà bé. Tanmateix, quan ho faci, ràpidament portaràs una ranura a l'eix. Això fa que el diàmetre de l'eix sigui més petit; reduint així el parell màxim que podeu aconseguir.
El principal avantatge és que aquest mètode és 100% ajustable per girar a l'eix i al llarg de la seva longitud. En general, aquest mètode només està disponible amb mides d'eix de 1/2 "(13 mm) o menys.
Claus
Per a la majoria d'aplicacions industrials, l'estàndard són els eixos amb clau.Amb molt, qualsevol engranatge del prestatge estarà disponible en una varietat de forats de mida amb ranures per a claus. També podeu comprar-los amb forats sense acabar i tallar la vostra pròpia ranura si ho voleu.
Quan seleccioneu una mida del forat, assegureu-vos que no seleccioneu un eix massa gran per a l'engranatge. Recentment, vaig tenir un sistema que utilitzava una 10-dentada dentada en un eix d'1 polzada. El sistema tenia alguns pics de pressió a l'inici i, de fet, va trencar la roda dentada per la meitat.
Va ser capaç de fer-ho amb tanta facilitat perquè el material entre l'exterior del nucli i la ranura de la clau tenia només 1/8 de polzada de gruix. Vam poder duplicar-ho a ¼ afegint una dent. Aquesta és una situació en què una estriada evolvent ser una millor opció (més en parlarem més endavant).
La majoria dels engranatges es mantenen per lliscar sobre l'eix amb només un o dos cargols de fixació. En general, un cargol estarà a la clau i l'altre estarà a 90 graus i pressionarà contra l'eix. Per als engranatges rectes, això és adequat, però per als engranatges helicoïdals, cal que hi hagi un compromís més positiu a l'eix per tenir en compte la càrrega lateral. Les possibles solucions són els coixinets d'empenta, els coixinets de rodets cònics o els anells de retenció.
