Låt oss diskutera typerna av växlar

Jack Lie Expert på CNC-bearbetning

Specialiserad på CNC-fräsning, CNC-svarvning, 3D-utskrift, uretangjutning, snabbverktyg, formsprutning, metallgjutning,


Gear är en av de komponenter som har en överväldigande användning nästan i alla typer av maskiner. Här i den här artikeln ska vi prata om växlar och deras olika typer. Så, låt oss fortsätta.

Vad är en Gear?

Vi kan säga att kugghjul är en maskinkomponent med tänder skurna runt en konformad eller cylindrisk yta med lika mellanrum. Vanligtvis är två kugghjul i ingrepp och används för att överföra krafter och rotationer till den drivna axeln från drivaxeln. Kugghjul kan separeras baserat på deras former som cykloidala, involuta och trochoidala växlar.

Dessutom kan kugghjul också klassificeras baserat på deras axelposition som korsande axeldrev, parallellaxeldrev, icke-korsande och icke-parallella axeldrev. Enligt Arkimedes hade användningen av kugghjul kommit under rampljuset i antikens Grekland i f.Kr. Men med tiden fortsatte deras nya typer att dyka upp.

Typer av växlar

Kugghjul kan klassificeras i olika typer som cylindriska växlar, spiralväxlar, snäckväxlar, kugghjul, koniska växlar, etc. Typiskt kan deras klassificering göras med hänsyn till deras axlars position, såsom korsande axlar, icke-korsande axlar och parallella axlar axlar.

För den obligatoriska kraftöverföringen i mekaniska konstruktioner är det oundvikligt att förstå olika växeltyper. Även om du har valt en allmän typ av växel, är det fortfarande rekommenderat att ta hänsyn till faktorer som standard för precisionsgrad, dimensioner, behov av värmebehandling eller tandslipning, effektivitet och tillåtet vridmoment.

Därefter kommer vi att ge en allmän översikt över olika växlar. Under tiden kan du konsultera deras tekniska aspekter för att få djupare och teknisk information om dessa typer av växlar.

Så låt oss börja med dessa olika typer av växlar:

  1. Spur Gear

Kugghjul som har cylindriska stigningsytor kallas cylindriska kugghjul. Tekniskt sett tillhör kugghjulen kugghjulsgruppen med parallella axlar. I dessa växlar finns en kugglinje som är parallell och rak mot axeln.

För att ha större noggrannhet och smidig kraftöverföring används cylindriska kugghjul i stor utsträckning i olika industrier. Den andra faktorn som gör dem till ett lämpligt val är deras lätttillverkade process som inkluderar lägre kostnader. Dessa kugghjul stödjer inte belastningar i deras axiella riktning. Kraftöverföringen möjliggörs genom att två växlar sammankopplas: en är något större, vilket kallas kugghjul, och den andra är något mindre, som kallas kugghjul.

Figur 1 Skiss av Spur Gear

  1. Helical Gear

I likhet med cylindriska kugghjul används spiralformade kugghjul även med parallella axlar. Dessa är cylindriska kugghjul som har slingrande tandlinjer. Jämfört med cylindriska kugghjul har spiralformade kugghjul bättre ingrepp mellan tänderna som fungerar med mer otrolig tystnad än cylindriska kugghjul. Eftersom spiralformade växlar bekvämt kan överföra större belastningar är de vanligtvis att föredra för höghastighetstillämpningar.

Till skillnad från cylindriska kugghjul har spiralformade kugghjul belastningar i axiell riktning som medför behovet av axiallager. Spiralväxlar kommer med både vänster och höger vridningsmöjligheter, och för det ingripande paret måste det finnas motsatt handväxel.

Figur 2: Skiss av spiralformad växel

  1. Kuggstång

Kuggstången kallas kuggar av samma storlek och samma form som skärs på lika avstånd längs en rak stång eller en plan yta. Återigen, ett cylindriskt kugghjul har en radie som är lika med stigningscylindern, och det överför kraft genom ingrepp med ett cylindriskt kuggdrev. Den omvandlar rotationsrörelsen till linjär rörelse.

Samtidigt kan en kuggstång också utvecklas för spiralformade kuggstänger och raka kuggstång, men med samma raka tandlinje. När det gäller att koppla ihop kuggstången ände mot ände så görs det genom att bearbeta kuggstångens ändar.

Figur 3: Skiss av kuggstång

  1. Fasad växel

Koniska kugghjul med sin konform används för att överföra kraft mellan två axlar som skär varandra vid en punkt, vilket kallas för korsande axel. Den har en konform eftersom dess tänder och stigningsyta skärs längs konformen.

Utöver det kan vinkelväxlar delas in ytterligare i olika typer:

  • Spiralformade vinkelväxlar
  • Raka vinkelväxlar
  • Vinklade vinkelväxlar
  • Koniska spiralväxlar
  • Hypoidväxlar
  • Zerol koniska växlar, och
  • Geringsväxlar

Figur 4: Skiss av vinkelväxel

  1. Spiral fasad kugghjul

Som framgår av namnet är spiralkonisk kugghjul typen av konisk kugghjul, men med böjda kugglinjer. Kuggkontaktförhållandet för koniska spiralväxlar är större än de raka koniska kugghjulen. Det är därför som koniska spiralväxlar erbjuder större styrka och bättre effektivitet jämfört med raka koniska växlar. Men på grund av ökat kuggkontaktförhållande skapar spiralformade växlar mer ljud och vibrationer.

Å andra sidan är tillverkningen av koniska spiralväxlar mer komplicerade än raka koniska kugghjul. När tänderna är böjda är tryckkrafterna i axiell riktning.

Tillsammans med det, om vridningsvinkeln är noll för den koniska spiralväxeln, kommer den att kallas noll konisk växel.

Figur 5: Skiss av spiralfasad kugghjul

  1. Skruvväxel

Två samma handskruvade kugghjul bildar ett skruvhjul, medan vridningsvinkeln mellan dem är 45 grader på den icke-korsande och icke-parallella axeln. Bärkraften är låg för skruvdrev, eftersom kontaktpunkten mellan två växlar också är mycket liten. Så skruvväxlar är verkligen inte lämpliga för överföring av större kraft.

I skruvväxlar överförs kraften genom att kuggytor glider, vilket kräver smörjning för korrekt service av dessa växlar. Samtidigt finns det ingen begränsning på antalet växlar du vill fästa, och du kan bilda din önskade kombination av flera tänder.

Figur 6: Skiss av skruvväxel

  1. Geringsväxel

Koniska växlar med ett hastighetsförhållande på 1 kallas geringsväxel. Geringsväxlar används vanligtvis för att ändra riktningen på kraftöverföringen utan att påverka hastigheten. Det finns huvudsakligen två typer av geringsväxlar: rak geringsväxel och spiralgeringsväxel.

Spiralgeringsväxlar orsakar tryckkraft i axiell riktning, och detta är anledningen till användningen av axiallager med spiralgeringsväxlar.

Dessutom är andra geringsväxlar än axelvinkeln på 90 grader kända som vinkelgeringsväxlar.

Figur 7: Skiss av geringsredskap

  1. Snäckväxel

Snäckväxeln är uppbyggd av två olika komponenter, den första är snäckan som bildas av skruvformen skuren på axeln, och den andra komponenten är ett passande kugghjul som är ett snäckhjul. Båda dessa komponenter på en icke-korsande axel kallas snäckväxel. I den givna skissen är både masken och snäckhjulet cylindriska, men de kan också ha någon annan form.

Kontaktförhållandet mellan snäck och snäckhjul är relativt lägre, vilket sätter kontroll på överföringen av större belastningar. Men med hjälp av timglastypen kan kontaktförhållandet ökas.

Dessutom glider kontakten mellan snäckan och snäckhjulet, så det behövs smörjning för att minska friktionen. För det andra är masken uppbyggd av ett styvt material och ett snäckhjul är uppbyggt av mjukt material för att minska friktionen. Även om denna enhet endast är lämplig för mer miniatyrlastöverföring, är den ganska smidig.

Dessutom, när ledningsvinkeln mellan snäckan och snäckhjulet är liten, kan den uppleva en självlåsande funktion.

Figur 8: Skiss av maskredskap

  1. Intern utrustning

Invändiga växlar har tänder i konens eller cylindrarnas inre sida, och varje inre växel är ihopkopplad med extern växel. Det primära syftet med att använda interna växlar är axelkopplingar av kugghjulstyp och planetväxeldrivningar. När det kommer till inre och yttre redskap finns det vissa begränsningar i antalet tänder, och dessa begränsningar beror på involut interferens, trimningsproblem och trochoid interferens.

När invändiga och yttre växlar är i ingrepp är båda kugghjulens rotationsriktning identisk. Men när interna och externa växlar är i ingrepp, är deras rotationsfokus det motsatta.

Figur 9: Skiss av intern utrustning

Följaktligen är dessa några av de vanligaste typerna av växlar. Låt oss nu ta en titt på viktiga terminologier som används i kugghjul och deras nomenklatur:

Terminologier och nomenklatur för växlar

Att känna till terminologierna som används för växlar blir oundvikligt för att få en djupare insikt i växlarnas invecklade koncept.

Denna visuella representation hjälper dig att bättre förstå växlarnas arbetsmekanism. Under tiden kommer det också att vara lätt att förstå att underskatta terminologierna för växlar:

  • Mask
  • Snäckhjul
  • Drev
  • Geringsväxel
  • Konisk spiralväxel
  • Intern utrustning
  • Kuggkoppling
  • Skruvväxel
  • Rak vinkelväxel
  • Kugghjul
  • Ratchet
  • Pawl
  • Kuggstång
  • Involvera splineaxlar och bussningar
  • Helix växel

Beroende på orienteringen av kugghjulens axlar kan de klassificeras i följande kategorier:

  • För cylindriska kugghjul, invändiga kugghjul, kuggstång och spiralformade växlar är orienteringsaxlarna parallella.
  • De korsande axlarna stöder geringsväxel, rak konisk växel och speciell konisk växel.
  • Snäck, snäckhjul, snäckväxel och skruvdrev har icke-parallella och icke-korsande axlar.
  • Kuggkoppling, evolvent splineaxel och bussning, spärrhake och spärr har andra axlar.

Vad är skillnaden mellan kedjehjul och växel?

Vi vet att kugghjul fungerar i montering och griper in i andra redskap, men kedjehjulet griper in i en kedja istället för växel. Väldigt intill drevet, det finns ett föremål som på något sätt ser ut som kugghjulet, men det är spärr, och det får bara röra sig i en riktning.

Klassificering av olika växlar från positionsförhållande till fäst axel

  • Kugghjul, spiralformade växlar, kugghjul och inre växlar använder parallella axlar. Vanligtvis ska dessa växlar överföra större kraft.
  • Om kugghjulens två axlar korsar varandra, kommer växeltypen att vara konisk växel. Koniska växlar har också hög transmissionseffektivitet.
  • Om axlarna på två växlar varken är parallella eller korsar varandra, kan kugghjulstypen vara snäck- eller skruvkugghjul. Eftersom det finns en glidkontakt mellan dessa, är den lägre kraftöverföringen endast att föredra med dessa växlar.

Precisionsklass av växlar

Precisionsklassen används när olika typer av växlar grupperas utifrån deras noggrannhet. Precisionsklassen sätts vanligtvis av olika standarder som JIS, AGMA, DIN, ISO, etc.

JIS definierar till exempel helixavvikelse, tandprofilfel, runout-fel och pitch-fel.

Förekomsten av tandgnissling

Förekomsten av tandslipning har en betydande effekt på redskapets prestanda. Därför, när typer av växlar övervägs, ges tandslipning en viktig del. Slipning av kugghjulet förbättrar växelns kvalitet så att dess arbete blir tystare och mjukare, ökar kraftöverföringskapaciteten och påverkar precisionsglaset. Men slipning ökar växelns kostnad, vilket inte är att föredra för alla växlar, så vi använder en annan kostnadseffektiv teknik för att öka precisionen som kallas rakning med rakklutter.

Typer av tandform

Kugghjul klassificeras efter tandform i kategorier som

  • Involut tandform
  • Cykloid tandform
  • Trochoid tandform

I de ovan nämnda kugghjulen används huvudsakligen involuterade kugghjul. Deras kvalitet av att vara enkelt producerade och korrekt maskade, även om mittavståndet är något förskjutet, gör dem önskvärda att användas brett. Cykloida tandformer används främst i klocktillverkning, medan trochoida tandformer används i pumpar.

Skapande av växlar

Det sägs om växlar som

"Kugghjul är hjulen med tänder och kallas ibland kugghjul."

Mekaniska komponenter som används för att överföra rotationen och kraften från en axel till den andra kallas kugghjul. Om ett skaft innehåller perfekt formade tänder på omkretsen av det på ett sätt som när det roterar, passar dessa tänder perfekt in mellan tandutrymmena på en annan axel. Därför är det en mekanisk komponent som överför kraft på drivaxelns princip, vilket driver den drivna axeln i rörelse. Det är ett sällsynt fall när en sida genomgår linjär rörelse (även kallad rotationsrörelse kring en oändlig punkt); det kallas ett rack.

Kraft och rotation kan överföras från en axel till en annan på många sätt, t.ex. rullfriktion och lindningstransmission. Trots att de är små i storlek och mycket enkla i strukturen, tjänar växlar oss på många fördelaktiga sätt som kraftöverföring, mycket exakt vinkelhastighet och förhållande med minimal effektförlust med långvarig service.

Kugghjul används i stor utsträckning, från klockor, klockor och små precisionsmätinstrument till flygplan och fartygstransmissionssystem. De anses vara en av de viktigaste mekaniska komponenterna med olika applikationer och är listade med skruvar och lager för deras betydelse.

Det finns många växlar, men de vanligaste är de som används för att överföra hastighetsförhållande mellan två parallella axlar placerade på ett definierat avstånd. Kugghjulen som visas i figuren har sina tänder parallella med axeln och kallas cylindriska kugghjul. Dessa är den mest populära typen av växlar.

.

Bild 10: Spur Gear

Det finns andra typer av växlar som kallas friktionsdrev. Dessa är de mest enkla och mest använda komponenterna för att överföra vinkelhastighetsförhållande mellan två parallella axlar. Denna process utförs med två cylindrar med diametrar omvänt relaterat till deras hastighet. Den ena kör den andra smidigt och utan glidning. För överföring av hastighet i motsatt riktning sker kontakten mellan cylindrarna från utsidan. Och för samma riktning är anslutningen från insidan. Överföring uppstår på grund av friktion mellan ytorna på två cylindrar.

Ändå kan vi inte undvika att glida mellan dessa två på grund av kontaktens natur, så önskvärd överföring erhålls inte. För överföring på en stor mängd kraft krävs stora kontaktkrafter, vilket leder till höga lagerbelastningar. Denna typ av system är inte lämpligt för att överföra en betydande mängd effekt på grund av ovanstående skäl. Så för att undvika sådana problem fungerar idén att skapa tänder på cylindrarnas yta, från vilka ett par eller fler alltid kommer att förbli i kontakt med varandra, vilket ger mer friktion och ett stabilt grepp att köra.

Drivaxelns tänder trycker på tänderna på den drivna axeln och sätter den i rörelse, vilket säkerställer kraftöverföringen. Den är känd som cylindrisk växel, medan den andra på vilken tänderna är ristade kallas stigningscylinder. Kugghjul är en vidareutveckling av cylindriska växlar.

Figur 11: Pitchcylindrar

När två skaft korsar varandra är referensen för skärtänderna konerna i kontakt. Dessa växlar kallas koniska växlar, som visas i figuren. Basen där tänderna är huggna kallas en beckkon.

Figur 12: Koniska växlar

Figur 13: Pitch Cones

I fallet med två icke-parallella icke-korsande axlar finns det inga rullande kontaktpunkter på krökta ytor. Beroende på vilken typ av redskap vi tillverkar, är tänder huggen på de ytor som roterar och är i kontakt. I alla kugghjulssystem är det viktigt att överväga kuggprofiler för att få den relativa rörelsen av roterande och kontaktande referensytor att hända och få dem att matcha varandra.

Under rörelse betraktas växlar som stela kroppar. De två växlarnas typiska hastighetskomponenter måste vara lika för att bibehålla vinkelhastighetsförhållandet vid kontaktpunkten för växlarnas kuggytor utan att krascha in i varandra eller separera. Vi kan också säga detta så att den relativa rörelsen i förväntad riktning och rörelse endast sker vid tandytornas kontaktpunkt.

För att tandformerna ska uppfylla ovan nämnda krav kan en generell metod för att omsluta ytor ge oss önskad tandform.

Välj den ena sidan av växel A och betrakta den som krökt yta FA. Och sätt båda växlarna i relativ rörelse. Rita sedan de på varandra följande positionerna för den krökta ytan FA på koordinatsystemet som är fäst vid kugghjul B. Föreställ dess yta FB av kugghjul B genom att betrakta enveloppen för denna grupp av kurvor. Man kan dra slutsatsen från enveloppteorin att de två kugghjulen är i relativ rörelse och är i linje med varandra.

Tandformer kan också erhållas med följande metod. Förutom växlarna A och B, överväg ett kugghjul C i ingreppet med relativ rörelse. Detta imaginära kugghjul C i nätet har en yta FC och lämplig relativ rörelse. Genom att använda den första metoden kommer vi att omsluta de successiva positionerna på ytan FC i relativ rörelse med FA med linjekontakt IAC. Upprepa processen med yta FB med FC. Nu kan tandytor av FA och FB kännas till genom att använda imaginär yta FC.

Sätt att använda redskap i mekaniska system

Det primära syftet med kugghjul är att överföra krafter, men beroende på idéer kan de också användas som maskinelement på flera sätt. Nedan följer en kort beskrivning av några av metoderna:

  1. Gripmekanism:

Två cylindriska kugghjul kan vänja sig vid att göra en gripmekanism för att hålla arbetsstycket i olika situationer. Det fungerar enligt principen att båda växlarna har samma diameter, och de rör sig osammanhängande så att om en förare backar, backar den drivna också. Vi kan ordentligt greppa arbetsstyckena av olika storlekar i klor kopplade till dessa kugghjul genom att justera öppningsvinkeln. På så sätt kan en mångsidig gripmaskin göras av dem.

  1. Intermittent rörelsemekanism

Geneva Mechanism är också känd som intermittent rörelsemekanism. På grund av de mycket specialiserade mekaniska komponenterna som används i den är den dyr. En billig, enkel intermittent mekanism kan också fås genom att använda kugghjul som saknas. Saknade tänder betyder här att valfritt antal tänder tas bort från roten av kugghjulets yta. Ett kugghjul kopplat till kugghjul som saknas kommer att rotera så länge det är i kontakt med nuvarande tänder, och rörelsen kommer att stanna när det möter det tomma utrymmet i drivhjulet. Samtidigt har den en dyster effekt att växla om den trycks av någon yttre kraft när växlarna är urlagda. Det är nära förestående att behålla sin position, vilket en friktionsbroms kan göra.

  1. Speciell kraftöverföringsmekanism:

Envägskopplingen är en mekanism som endast tillåter rotationsrörelse i en riktning. Om den är monterad på ett hastighetsreducerande växelsteg, kan en mekanism skapas för att överföra enkelriktad rotationsrörelse.

Denna mekanism kan skapa ett system som fungerar bra med en motor när strömmen är på, men den drivs av fjäderkraft när den är avstängd.

Hastighetsreduceraren manövreras genom att internt montera en fjäder, vare sig den är torsionsspiralfjäder eller spiralfjäder, inställd så att den drivna axeln rör sig i motsatt riktning. Efter fjäderns fullständiga lindning slutade motorn att rotera och det elektromagnetiska bromssystemet kommer in i bilden. När motorn stängs av och bromsen ansätts driver fjäderkraften den utgående axeln i motsatt riktning mot vad motorn arbetar. Denna typ av maskin används främst för att stänga ventilerna vid strömavbrott och uttalas som fjäderåtergångsnödavstängning.

Varför det är svårt att köpa redskap

Ingen redskapsstandard

Kugghjul används i stor utsträckning globalt i nästan alla komplexa mekaniska system från antiken och är avgörande, men det finns inga fastställda standarder för att designa växeln. När det gäller klass och precision av växlar använder olika länder olika industristandarder som AGMA(US), JIS(Japan), DIN(Tyskland), etc. Men det finns inga specificerade standarder för de kärnfaktorer som definierar växeln som diameter, storlek, håldiameter, materialhållfasthet, tandbildning. Inget enhetligt tillvägagångssätt tillämpas, utan alla designar utrustningen enligt sina specifika krav.

Olika redskapsspecifikationer

Som diskuterats i det tidigare stycket finns det gott om växelspecifikationer. Med enkla växlar som ett undantagsfall är det inte en överdrift att hävda att "det finns lika många sorter som det finns platser där växlar används." Det är vanligt bland växlar att när specifikationer som kuggstigning, antal tänder och tryckvinkel matchas, bestämmer olika andra specifikationer en växel, som en ytas bredd, värmebehandling, hålstorlek, ytjämnhet efter slipning, slutlig hårdhet. Det är därför växeln är nästan omöjlig att ersätta med en annan. Möjligheten att utrustningen är kompatibel med andra är mycket liten.

Det går inte att få önskade växlar

Växeln i maskinen kan vara utsliten eller trasig, och vi letade efter den växeln på marknaden men förgäves. Detta problem kan enkelt lösas om det finns en ritning av växeln i maskinens bruksanvisning. Du kan tillverka den växeln igen. Eller den andra möjligheten är att du kan kontakta maskintillverkaren så går han med på att göra en ny växel av det slag åt dig. Men vad kommer att hända om, tyvärr, båda dessa sätt inte är tillgängliga; det finns ingen ritning på bruksanvisningen, och tillverkaren är inte heller tillgänglig?

Du kan få en tillverkningsritning av kugghjulet ritat, men det kräver specialiserad växelkunskap och är inte en lätt uppgift. Växeltillverkare kan också möta detta problem på grund av bristande kunskap om växelspecifikationer. Det kräver en hel del ingenjörsarbete för att bygga om slitna eller trasiga redskap.

Produktionskostnaden är hög i fallet med en växel

När en maskin som använder kugghjul produceras i större skala, produceras även redskap i bulkkvantitet med exakta specifikationer, och kostnaden förblir inom en gräns. Mer betydande produktion använder samma mängd arbete med lägre kostnad per styck, vilket, när det blandas till stora kvantiteter, drastiskt minskar växelkostnaderna. Men tänk om vi behöver tillverka en eller två växlar till vår maskin. Det är en ganska dyr uppgift. Produktion av redskap i ett slag för 500 maskiner jämfört med produktionen av en eller två stycken visar en betydande kostnadsskillnad. En sådan situation uppstår också när någon tillverkar en ny maskinprototyp och måste tillverka en nominell mängd redskap.

Möjlighet att använda redskapsstandarder

Om du designar en ny maskin och dess växelspecifikationer matchar några av tillverkarens växlar, kan problemen som diskuterats ovan lösas på dessa sätt.

  • Under konstruktionen av maskinen kan du undvika att skapa nya och specifika redskap för maskinen.
  • 2D- och 3D-CAD-modeller, hållfasthetsberäkningar och utskrivbara delritningar från den tillverkade utrustningen kan användas.
  • Om du bara behöver en växel för maskinens testprov, tillverkar tillverkare standardväxlar som du kan använda.

När du använder växel i maskinen och behöver byta ut den kan du göra det med några av tillverkarens standardväxlar eller växel med sekundärdrift. Du kan undvika besväret med att följa uppgifter på det ovan diskuterade sättet.

  • Skissar på en ny modell
  • Leta efter ritningen
  • Söker efter en tillverkare för redskapstillverkning
  • Hög produktionskostnad