A differenza degli ingranaggi e degli alberi Lego mostrati di seguito, la maggior parte dei motori ha alberi perfettamente rotondi. Ciò rende difficile il fissaggio di ingranaggi, pulegge e ruote dentate.
I metodi principali per fissare gli ingranaggi agli alberi sono adesivi, inserimento a pressione, fori trasversali, compressione, viti di fissaggio, sedi per chiavetta, scanalature ad evolvente e boccole di bloccaggio coniche. La maggior parte delle applicazioni industriali utilizzerà sedi per chiavetta e/o viti di fissaggio. Mentre gli adesivi e il raccordo a pressare vengono solitamente eseguiti su applicazioni a bassa coppia o hobbistica.
Esaminiamo ciascun metodo valutando i pro e i contro. Utilizzerò anche i termini; ingranaggi, pulegge, ruote dentate e camme, in modo intercambiabile poiché questo articolo affronta il modo in cui è montato il dispositivo, non cosa fa.
Adesivi
Gli adesivi vengono utilizzati principalmente in applicazioni hobbistiche con ingranaggi in plastica. Non solo perché gli ingranaggi in plastica non sono in grado di sopportare una coppia elevata, ma anche perché le dimensioni dell'albero rimangono di diametro ridotto.
Poiché il diametro dell'albero aumenta, la resistenza relativa del giunto di colla e la resistenza dell'albero sono pari a circa 3/16″ (5 mm) quando si utilizza una forza della colla conservativa di 1000 psi (7 N/mm) e un albero di acciaio C1018 ( 54 ksi, 370 MPa).
Conclusione: l'uso degli adesivi è una buona scelta per gli alberi di piccole dimensioni
Come accennato, la maggior parte dei produttori di adesivi pubblicizza una resistenza al taglio da sovrapposizione di almeno 1000 psi e alcuni fino a 3000+ psi. Un test di taglio viene eseguito fissando due barre lunghe e strette insieme alla colla su un'area misurabile. Le estremità delle barre vengono separate fino al cedimento. La forza viene divisa per l'area e il risultato è la resistenza al taglio da sovrapposizione.
Di solito progetto in base al numero basso di resistenza al taglio pubblicizzata qui poiché ci sono molti fattori in gioco che possono ridurre la resistenza effettiva. Tra questi vi sono la preparazione della superficie, l'applicazione della superficie, la temperatura e l'umidità.
Prima di applicare l'adesivo, dovrai irruvidire le superfici della puleggia e dell'albero con della carta vetrata (~200 – 300 grit) o una lima fine. Questo darà alla colla dei piccoli graffi a cui aggrapparsi. Dovrai quindi pulire e sgrassare con un detergente e poi asciugare completamente. Di solito mi piace usare il detergente per freni perché ce l'ho in giro.
Per capire se la tua applicazione resisterà alla coppia applicata. Utilizza le seguenti formule.
Dove Area è la superficie tra l'albero e la puleggia, d è il diametro dell'albero, L è la lunghezza di sovrapposizione per l'albero e la puleggia, F è la forza di taglio interna tra l'albero e la puleggia, Ssè la resistenza al taglio dell'adesivo e T è la coppia applicata (o massima).
Utilizzando una resistenza al taglio adesiva media di 1000 psi, un diametro di 0,19 pollici e una lunghezza di sovrapposizione di 0,38 pollici, possiamo scoprire che la nostra coppia massima è di 43,1 libbre.
Ci sono tre svantaggi principali nell'utilizzare il metodo adesivo per unire una puleggia a un albero
Come già accennato, la coppia è limitata dal diametro e dalla forza adesiva
Esiste la possibilità di avere l'albero e la puleggia fuori centro e/o perpendicolari. Questo può essere minimizzato dalla tolleranza tra i due, ma non così stretta da rimuovere tutta la colla.
Non è possibile regolare o sostituire i componenti senza la possibilità di danneggiare 1 o entrambi i componenti. Avere un aggiustamento è importante e questo metodo non lo consente affatto.
Raccordo a pressare
Il montaggio a pressione è un metodo collaudato per fissare gli ingranaggi agli alberi. È stato utilizzato nel settore ferroviario come metodo per risparmiare denaro quando i gruppi delle ruote si usurano o diventano storti.
La ruota principale saldata ha un diametro lavorato con precisione e attorno ad essa viene applicata una sottile fascia di acciaio temprato. La fascia o "pneumatico" è in realtà più piccola della superficie lavorata. Ciò consente di sostituire di tanto in tanto la fascia economica anziché l'intero gruppo ruota.
Il video seguente mostra come rimuovere il pneumatico dalla ruota utilizzando il calore. La fascia aumenterà di diametro all'aumentare della temperatura. La ruota (diametro interno) rimarrà più o meno della stessa dimensione perché ha molta più massa e irradierà il calore più velocemente.
A questo punto, è possibile staccare il cinturino e installarne uno nuovo con lo stesso metodo.
Poiché non vi è alcun bloccaggio meccanico, si basa al 100% sull'attrito e può scivolare. Misurare e determinare il press fit è difficile e di solito è necessario fare delle ipotesi.
Dove Pr è la pressione tra le superfici, δ è la quantità di accoppiamento a pressione, d è il diametro dell'albero, doè il diametro esterno del mozzo o dell'ingranaggio, diè il diametro interno dell'albero (se cavo), μ è il coefficiente di attrito tra i materiali ed E e ν sono il modulo di Young e il rapporto di Poisson dei materiali.
Ingranaggi montati a pressione su un albero
Il riscaldamento del materiale aumenterà il diametro; pertanto, diminuendo la quantità di press fit, δ. Ciò rende più facile indossare o togliere l'attrezzatura, ma il risultato finale è lo stesso una volta che si raffredda.
Se lo fai a casa con ingranaggi di plastica. Prova a scaldarli nel forno a circa 175 gradi - 200 gradi (da 79 gradi a 93 gradi) e poi a farli scorrere sull'albero.
Questo metodo è regolabile, ma non facile e potrebbe essere necessario smontare più componenti in modo che il calore non li distrugga.
Fori trasversali
Praticare un foro sia nel mozzo del cambio che nell'albero è un ottimo modo per ottenere molta coppia. Inoltre impedisce il sovraccarico dell'albero perché il perno si taglierà (si romperà) se la coppia è eccessiva. Esistono tre tipi principali di perni da utilizzare in questa applicazione elencati di seguito dal più debole al più forte.
Foro trasversale con perno a rullo (molla).
Perni arrotolati (a molla o scanalati): si tratta di barre piatte arrotolate fino a ottenere una forma rotonda. Tendono ad aprirsi (da qui i perni a molla) consentendo una sufficiente aderenza in modo che il perno non scivoli fuori. Raccomando questi rispetto alle altre due opzioni.
Perni di taglio: questi perni sono solidi e presentano una tacca nel punto centrale in cui il perno è progettato per cedere a una forza specifica. È importante ottenere un perno in cui la tacca sia sullo stesso piano del diametro dell'albero.
Perni di centraggio – Questi sono solo perni solidi ad alta resistenza. Se il tuo buco è troppo grande, probabilmente dovrai incollarli in posizione (anche perni di sicurezza). Se l'applicazione inverte la direzione o il carico, è possibile che la colla ceda prematuramente e il perno cada.
Ciascuno dei perni avrà una resistenza alla rottura pubblicizzata e potrai selezionare il diametro e il tipo in base alle equazioni seguenti. Fsè la forza di taglio, T è la coppia applicata e d è il diametro dell'albero.
Questo metodo offre molta capacità di gestire una coppia maggiore, ma non fornisce alcuna regolazione una volta praticato il foro. Se sbagli troppe volte, l'asta sembrerà Swiss Cheese.
Il vantaggio principale è che quasi chiunque può realizzare questo giunto. Tutto ciò di cui hai bisogno è un trapano, punte da trapano e un martello.Consiglio di forare prima un diametro più piccolo 1/16 – 3/32 e di controllare l'allineamento con uno stuzzicadenti.Se è buono, foralo fino al diametro desiderato. In caso contrario, ruotare su un'altra parte dell'albero e riprovare.
Come collegare ingranaggi, ruote dentate e pulegge agli alberi
Scritto da Corey Rasmussen in Ingranaggi,Progettazione meccanica Ultimo aggiornamento 22 agosto 2024
A differenza degli ingranaggi e degli alberi Lego mostrati di seguito, la maggior parte dei motori ha alberi perfettamente rotondi. Ciò rende difficile il fissaggio di ingranaggi, pulegge e ruote dentate.
I metodi principali per fissare gli ingranaggi agli alberi sono adesivi, inserimento a pressione, fori trasversali, compressione, viti di fissaggio, sedi per chiavetta, scanalature ad evolvente e boccole di bloccaggio coniche. La maggior parte delle applicazioni industriali utilizzerà sedi per chiavetta e/o viti di fissaggio. Mentre gli adesivi e il raccordo a pressare vengono solitamente eseguiti su applicazioni a bassa coppia o hobbistica.
Esaminiamo ciascun metodo valutando i pro e i contro. Utilizzerò anche i termini; ingranaggi, pulegge, ruote dentate e camme, in modo intercambiabile poiché questo articolo affronta il modo in cui è montato il dispositivo, non cosa fa.
Adesivi
Gli adesivi vengono utilizzati principalmente in applicazioni hobbistiche con ingranaggi in plastica. Non solo perché gli ingranaggi in plastica non sono in grado di sopportare una coppia elevata, ma anche perché le dimensioni dell'albero rimangono di diametro ridotto.
Immagine per gentile concessione di Creative Commons
Sei entusiasta di saperne di più sugli ingranaggi?
Iscriviti al corso di perfezionamento GRATUITO sulla progettazione completa di ingranaggi di Mentored Engineer (valore $ 500) che include il suo calcolatore di ingranaggi planetari (valore $ 250) e la newsletter settimanale Mentored Engineer
Nome:
Migliore e-mail:
Il Master Class sul Comprehensive Gear Design è una serie di 17 parti di video e testi in cui imparerai:
Come dimensionare gli ingranaggi in modo che si incastrino
Calcolare lo sforzo sui denti dell'ingranaggio
Calcolare i rapporti di trasmissione nel sistema planetario
Dopo aver completato questo corso sarai in grado per la prima volta di progettare e specificare correttamente i riduttori per le tue applicazioni.
Il corso e la calcolatrice hanno un valore combinato di oltre $ 750! GRATIS
Rispettiamo la privacy della tua email
Poiché il diametro dell'albero aumenta, la resistenza relativa del giunto di colla e la resistenza dell'albero sono pari a circa 3/16″ (5 mm) quando si utilizza una forza della colla conservativa di 1000 psi (7 N/mm) e un albero di acciaio C1018 ( 54 ksi, 370 MPa).
Conclusione: l'uso degli adesivi è una buona scelta per gli alberi di piccole dimensioni
Come accennato, la maggior parte dei produttori di adesivi pubblicizza una resistenza al taglio da sovrapposizione di almeno 1000 psi e alcuni fino a 3000+ psi. Un test di taglio viene eseguito fissando due barre lunghe e strette insieme alla colla su un'area misurabile. Le estremità delle barre vengono separate fino al cedimento. La forza viene divisa per l'area e il risultato è la resistenza al taglio da sovrapposizione.
Di solito progetto in base al numero basso di resistenza al taglio pubblicizzata qui poiché ci sono molti fattori in gioco che possono ridurre la resistenza effettiva. Tra questi vi sono la preparazione della superficie, l'applicazione della superficie, la temperatura e l'umidità.
Prima di applicare l'adesivo, dovrai irruvidire le superfici della puleggia e dell'albero con della carta vetrata (~200 – 300 grit) o una lima fine. Questo darà alla colla dei piccoli graffi a cui aggrapparsi. Dovrai quindi pulire e sgrassare con un detergente e poi asciugare completamente. Di solito mi piace usare il detergente per freni perché ce l'ho in giro.
Per capire se la tua applicazione resisterà alla coppia applicata. Utilizza le seguenti formule.
Dove Area è la superficie tra l'albero e la puleggia, d è il diametro dell'albero, L è la lunghezza di sovrapposizione per l'albero e la puleggia, F è la forza di taglio interna tra l'albero e la puleggia, Ssè la resistenza al taglio dell'adesivo e T è la coppia applicata (o massima).
Utilizzando una resistenza al taglio adesiva media di 1000 psi, un diametro di 0,19 pollici e una lunghezza di sovrapposizione di 0,38 pollici, possiamo scoprire che la nostra coppia massima è di 43,1 libbre.
Ci sono tre svantaggi principali nell'utilizzare il metodo adesivo per unire una puleggia a un albero
Come già accennato, la coppia è limitata dal diametro e dalla forza adesiva
Esiste la possibilità di avere l'albero e la puleggia fuori centro e/o perpendicolari. Questo può essere minimizzato dalla tolleranza tra i due, ma non così stretta da rimuovere tutta la colla.
Non è possibile regolare o sostituire i componenti senza la possibilità di danneggiare 1 o entrambi i componenti. Avere un aggiustamento è importante e questo metodo non lo consente affatto.
Unire gli alberi insieme? Consulta la nostra guida sugli accoppiatori per alberi.
Raccordo a pressare
Il montaggio a pressione è un metodo collaudato per fissare gli ingranaggi agli alberi. È stato utilizzato nel settore ferroviario come metodo per risparmiare denaro quando i gruppi delle ruote si usurano o diventano storti.
La ruota principale saldata ha un diametro lavorato con precisione e attorno ad essa viene applicata una sottile fascia di acciaio temprato. La fascia o "pneumatico" è in realtà più piccola della superficie lavorata. Ciò consente di sostituire di tanto in tanto la fascia economica anziché l'intero gruppo ruota.
Il video seguente mostra come rimuovere il pneumatico dalla ruota utilizzando il calore. La fascia aumenterà di diametro all'aumentare della temperatura. La ruota (diametro interno) rimarrà più o meno della stessa dimensione perché ha molta più massa e irradierà il calore più velocemente.
A questo punto, è possibile staccare il cinturino e installarne uno nuovo con lo stesso metodo.
Poiché non vi è alcun bloccaggio meccanico, si basa al 100% sull'attrito e può scivolare. Misurare e determinare il press fit è difficile e di solito è necessario fare delle ipotesi.
Super lentoCalcolatore online gratuito per la pressatura dell'alberoo Diventa professionista
Dove Pr è la pressione tra le superfici, δ è la quantità di accoppiamento a pressione, d è il diametro dell'albero, doè il diametro esterno del mozzo o dell'ingranaggio, diè il diametro interno dell'albero (se cavo), μ è il coefficiente di attrito tra i materiali ed E e ν sono il modulo di Young e il rapporto di Poisson dei materiali.
Ingranaggi montati a pressione su un albero
Il riscaldamento del materiale aumenterà il diametro; pertanto, diminuendo la quantità di press fit, δ. Ciò rende più facile indossare o togliere l'attrezzatura, ma il risultato finale è lo stesso una volta che si raffredda.
Se lo fai a casa con ingranaggi di plastica. Prova a scaldarli nel forno a circa 175 gradi - 200 gradi (da 79 gradi a 93 gradi) e poi a farli scorrere sull'albero.
Questo metodo è regolabile, ma non facile e potrebbe essere necessario smontare più componenti in modo che il calore non li distrugga.
Fori trasversali
Praticare un foro sia nel mozzo del cambio che nell'albero è un ottimo modo per ottenere molta coppia. Inoltre impedisce il sovraccarico dell'albero perché il perno si taglierà (si romperà) se la coppia è eccessiva. Esistono tre tipi principali di perni da utilizzare in questa applicazione elencati di seguito dal più debole al più forte.
Foro trasversale con perno a rullo (molla).
Perni arrotolati (a molla o scanalati): si tratta di barre piatte arrotolate fino a ottenere una forma rotonda. Tendono ad aprirsi (da qui i perni a molla) consentendo una sufficiente aderenza in modo che il perno non scivoli fuori. Raccomando questi rispetto alle altre due opzioni.
Perni di taglio: questi perni sono solidi e presentano una tacca nel punto centrale in cui il perno è progettato per cedere a una forza specifica. È importante ottenere un perno in cui la tacca sia sullo stesso piano del diametro dell'albero.
Perni di centraggio – Questi sono solo perni solidi ad alta resistenza. Se il tuo buco è troppo grande, probabilmente dovrai incollarli in posizione (anche perni di sicurezza). Se l'applicazione inverte la direzione o il carico, è possibile che la colla ceda prematuramente e il perno cada.
Ciascuno dei perni avrà una resistenza alla rottura pubblicizzata e potrai selezionare il diametro e il tipo in base alle equazioni seguenti. Fsè la forza di taglio, T è la coppia applicata e d è il diametro dell'albero.
Questo metodo offre molta capacità di gestire una coppia maggiore, ma non fornisce alcuna regolazione una volta praticato il foro. Se sbagli troppe volte, l'asta sembrerà Swiss Cheese.
Il vantaggio principale è che quasi chiunque può realizzare questo giunto. Tutto ciò di cui hai bisogno è un trapano, punte da trapano e un martello.Consiglio di forare prima un diametro più piccolo 1/16 – 3/32 e di controllare l'allineamento con uno stuzzicadenti.Se è buono, foralo fino al diametro desiderato. In caso contrario, ruotare su un'altra parte dell'albero e riprovare.
CompressioneMozzi
Sebbene non sia un metodo comune per collegare gli ingranaggi agli alberi, è disponibile. Una volta che l'ingranaggio viene fatto scorrere sull'albero, la vite di fissaggio viene serrata e l'attrito trasporterà la coppia. Il coefficiente può essere ridotto inavvertitamente a causa dell'olio degli alberi o dell'uso di antigrippanti. È meglio utilizzare metalli diversi quando si utilizza questo metodo.
Il costo per realizzare i rilievi nei componenti rende questo tipo di metodo proibitivo nella maggior parte dei casi.
Evita semplicemente questo tipo di giunto!
Viti di fissaggio
Il metodo (solo) con vite di fissaggio per il fissaggio a un albero è molto comune con pulegge dentate, ingranaggi e ruote dentate.
È difficile determinare quale tipo di coppia si possa ottenere da un accoppiamento come questo. Il risultato può variare notevolmente a causa del coefficiente di attrito, della coppia applicata, della lubrificazione delle filettature e del tipo di vite di fissaggio. L'equazione di base è la seguente:
Dove T è la coppia di uscita, μ è il coefficiente di attrito, F è la forza normale esercitata da una vite di fissaggio e d è il diametro iniziale.
La maggior parte delle persone si limita a stringere la vite di fissaggio il più possibile. Finché la puleggia non scivola a causa della coppia eccessiva, tutto andrà bene. Tuttavia, quando lo fa, indosserai rapidamente una scanalatura nell'albero. Ciò riduce il diametro dell'albero; riducendo così la coppia massima che puoi ottenere.
Il vantaggio principale è che questo metodo è regolabile al 100% per la rotazione sull'albero e lungo la sua lunghezza. Generalmente, questo metodo è disponibile solo con alberi di dimensioni pari a 1/2″ (13 mm) o inferiori.
Sedi per chiavette
Per la maggior parte delle applicazioni industriali lo standard sono gli alberi con chiavetta.Di gran lunga qualsiasi attrezzatura standard sarà disponibile in una varietà di fori dimensionati con slot per chiavi. Puoi anche acquistarli con fori non finiti e tagliare la tua chiavetta, se lo desideri.
Quando si seleziona una dimensione del foro, assicurarsi di non selezionare un albero troppo grande per l'ingranaggio. Recentemente, avevo un sistema che utilizzava un pignone a 10-denti su un albero da 1 pollice. Il sistema presentava alcuni picchi di pressione all'avvio e in realtà rompeva il pignone a metà.
È stato in grado di farlo così facilmente perché il materiale tra l'esterno del mozzo e la sede della chiavetta aveva uno spessore di solo 1/8". Siamo riusciti a raddoppiarlo a ¼ aggiungendo un dente. Questa è una situazione in cui una scanalatura evolvente essere una scelta migliore (ne parleremo più avanti).
La maggior parte degli ingranaggi viene trattenuta dallo scorrimento sull'albero solo con una o due viti di fissaggio. Generalmente, una vite sarà sulla chiave e l'altra sarà a 90 gradi rispetto ad essa e premerà contro l'albero. Per gli ingranaggi cilindrici questo è adeguato, ma per gli ingranaggi elicoidali è necessario un impegno maggiore sull'albero per tenere conto del carico laterale. Le possibili soluzioni sono cuscinetti reggispinta, cuscinetti a rulli conici o anelli elastici.
