Typer af tandhjul: Klassifikationer, anvendelser og tips

Hvad er et gear?

Et gear er en mekanisk komponent. Det består af skralder eller tandhjul, der har tænder. De passer sammen for at overføre rotation og drejningsmoment fra den ene aksel til den anden. Denne præcise indgriben undgår kompromiser. De kan forårsage inkonsekvent hastighed og kraft. Gear er kritiske komponenter i mange sektorer. Det gælder bilindustrien, maskiner, rumfart og robotteknologi. Gear bruges til at kontrollere hastighed og overføre kraft.

Der findes ingen standard for gearindustrien. Alligevel klassificeres gear ud fra tænderne og gearets rotationsretning. Dette illustrerer, hvordan de forskellige geartyper og særlige anvendelser diskuteres. Det anvendes i mange forskellige mekaniske systemer. Dette tjener til at illustrere, hvordan gear designes til indviklede konfigurationer.

Vigtige terminologier for gear

Grundlæggende tandhjulsparametre

Gear har parametre. Det er gearets tekniske egenskaber. Disse parametre er påkrævet af industriens ingeniører. Alle disse parametre anvendes på forskellige dele af et gear. De bestemmer, hvordan gearet vil fungere og dets ydeevne.

Antal tænder: Tænderne har skarpe kanter, og de omslutter gearet helt. Antallet af tænder skal være et helt tal, hvilket kan påvirke udvekslingsforholdet, som er et vigtigt aspekt af gearets ydeevne. Flere tænder gør bevægelsen mere jævn, men kræver præcisionsfremstilling.

Helhedsdybde: Helhedsdybden måles fra toppen af en tand til dens laveste punkt. Dette sikrer, at den tilsigtede belastning kan bæres af det pågældende gear. Det gør det også muligt for gearet at fungere korrekt i et mekanisk system.

Kritiske cirkler og diametre

Pitch Circle: En pitch circle er en imaginær cirkel, der viser et tandhjuls størrelse. Den er afgørende for tandhjul, der griber ind i hinanden. Deres stigningscirkler skal passe godt sammen under drift. Delingscirklen opdeler tanden i addendum og dedendum.

Rodcirkel:Rodcirklen kaldes også for den indre diameter. Den markerer bunden af en tand, eller mere specifikt dens højde. Denne højde bruges i beregninger af tanddybde og styrke.

Udvendig cirkel: Hvad angår udvendige dimensioner, viser den udvendige cirkel den diameter, hvor markeringen begynder, og hvor tandenderne begynder ovenfra og ned. Den samlede størrelse og udskiftelighed mellem gearene i et system afhænger af den.

Pitchdiameter: Pitchdiameter defineres som diameteren på pitchcirklen. Så det er afgørende at estimere afstanden mellem to tandhjul i indgreb. Det forhindrer afbrydelser, der sker, når denne proces ikke styres godt.

Pitch og modul

B Den måler afstanden mellem to tilstødende tænder på delingscirklen. Det er vigtigt for at forstå positionering og interaktion.

Modul: Det er et forhold, der opnås ved at dividere diameteren af pitchcirkler med π (pi). I gearanalyse bruges det ofte til at forenkle beregninger af gearstørrelse og -afstand.

Diametral Pitch: Antal tænder på et tandhjul divideret med delingscirklens diameter. Gear med samme diametrale deling vil gribe godt ind i hinanden. Det gør det til en vigtig parameter for gearkompatibilitet.

Cirkulær tykkelse: En måling, der definerer, hvor tyk en tand er enkeltvis set fra hele dens omkreds. Disse målinger sikrer, at tandhjul kan håndtere de kræfter, der anvendes under driften.

Vinkler og punkter

Trykvinkel: Vinklen mellem den fælles normal ved tandkontaktpunktet og den fælles tangent ved delingscirklen. Det påvirker både kraftoverførslen og gearets smidighed.

Pitchpunkt: Det punkt, hvor to tandhjul, der griber ind i hinanden, har kontaktpunkter på deres respektive delingscirkler. Præcis gearjustering afhænger af dette punkt; derfor er det glat.

Pitch-overflade: Tandhjulet er kendt for at erstatte en imaginær rullende cylinderoverflade. Det hjælper os med at forstå tandhjulenes bevægelse, når de interagerer.

Addendum, Dedendum og Depths.

Addendum & Dedendum: Den radiale afstand går fra addendum til tandbasis. Den sikrer korrekt gearkontakt under belastning.

Addendum-cirklen & Dedendum-cirklen: Den findes lige ved spidsen af hver tand … Disse to cirkler ligger koncentrisk for pitch-cirklen og fungerer som grænser for tandområdet.

Basiscirkel: Involutte tandprofiler er afledt af den. Dette bestemmer formen og styrken af den 13-tandede tandstruktur.

Total dybde og arbejdsdybde: Den radiale forskel er mellem addendum- og dedendum-cirklerne. Arbejdsdybden sikrer, at tandhjulene passer fra tillægget til frigangscirklen.

Tandtykkelse og tandafstand: Dette er bredden af en tand på delingscirklen. Disse målinger hjælper med at bestemme tændernes afstande og deres interaktion med gearsystemet.

Klassificering af gear

Typer af tandhjul baseret på tandform

Ifølge tandformen er der tre hovedtyper af tandhjul: indviklede, cykloide og trochoide. Indviklede gear er kendt for deres buede profiler, der sikrer en jævn transmission. Cykloide gear har en buet form. Denne form gør dem mere effektive i nogle tilfælde end andre. Trochoide gear har unikke tænder. De gør, at gearene fungerer godt under visse forhold.

Typer af tandhjul baseret på aksernes konfiguration

Gear kan også klassificeres ud fra deres aksers konfiguration. Tandhjul med parallelle akser er placeret i parallelle aksler, der deler samme plan. De har en høj effektivitet i bevægelsesoverførslen, ligesom tandhjulsgear og tandstænger. Akselgear mødes i et punkt. Et eksempel er koniske tandhjul. Denne type mødes i et plan. Det har en høj effektivitet. I modsætning hertil mødes et snekkegears aksler ikke eller løber parallelt. Det giver lav effektivitet.

Forskellige slags tandhjul

Gearing er afgørende i enhver maskine. Det overfører rotation og kraft mellem delene. De findes i mange former. De opfylder mange mekaniske behov i forskellige industrier. Ingeniører skal kende egenskaberne og designet af hver enkelt type gear. De bruger denne viden til at vælge de bedste til deres behov.

Spiralgear: Spiralgear er enkle. Deres tænder er parallelle med deres rotationsakse. Det betyder, at de kun kan gribe ind i andre tandhjul, der har parallelle akser. Denne form for gearing er meget udbredt, fordi den er enkel, billig og nem at vedligeholde. Så støberipraksis skal bruges i applikationer med moderat hastighed, som f.eks. mølledrev og hejseudstyr.

Helixgear: Helixgear har tænder, der er skåret i en vinkel i forhold til aksen. De er mere støjsvage og vibrerer mindre end tandhjul. Højhastighedsapplikationer er bedst egnet til disse gear. De kan også bære mere belastning, hvilket gør dem velegnede til biltransmissioner og tunge maskiner.

Dobbelt skrueformet gear: Et dobbeltspiralformet gear består af to parallelle spiralformede flader med et mellemrum mellem dem; derfor er der ikke noget aksialt tryk og en mere jævn drift. Det anbefales stærkt til applikationer med høj hastighed og stort udvekslingsforhold. Denne type bruges også til at absorbere stød og vibrationer.

Fangerbensgear: Sildebensgear er som dobbeltspiralformede gear. Men de har ikke noget mellemrum mellem de to sider. Det gør dem ideelle til høje stød og vibrationer. Men deres komplekse fremstillingsproces og omkostninger forhindrer en udbredt anvendelse.

Ormegear: Et ormegear har en orm og et ormehjul. De er beregnet til ikke-krydsende aksler i rette vinkler. Det har høje reduktionsforhold. Denne form for gearing er kendt for at være støjsvag. Så det er bedst til tilfælde med lav eller middel hastighed og stødbelastninger.

Keglehjulsgear: Keglehjulsgear overfører kraft mellem aksler, der krydser hinanden i en vis vinkel, f.eks. 90 grader. De bruges ofte i bildifferentialer, elværktøj og styresystemer. Det skyldes, at de effektivt kan håndtere et højt drejningsmoment.

Hjul og tandhjul: Denne geartype omdanner rotation til lineær bevægelse eller omvendt. Det er nøglen i styresystemer, CNC-maskiner og lineære aktuatorer. Kæde- og tandhjulsgear giver præcis bevægelseskontrol. Derfor har mange anvendelser brug for effektivitet fra disse typer produkter.

Planetgear: Planetgear har et centralt solgear, mange planetgear og et ydre ringgear. De giver meget høje reduktionsforhold. De er også kompakte nok til at kunne bære tunge belastninger. Det gør dem populære i biler, robotter og maskiner, der har brug for denne kombination.

Internt gear: Indvendige gear bruges primært i planetgear og akselkoblinger. Sådanne gear har tænder inden i en kegle eller cylinder, så de kan dreje samme vej. Vi har brug for specifikke krav til gearjustering og rotationskontrol.

Arbejdsprincipper for mekaniske tandhjul

Gearindgreb og bevægelsestransmission

Gear fungerer, når deres tandhjul griber ind i hinanden for at flytte hastigheder og bevægelser. Tandhjulets tænder griber ind i et andet tandhjul. Det giver dem mulighed for at overføre rotation. På den måde skabes der en mekanisk fordel, når drejningsmoment, hastighed og rotationsretning ændres. På denne måde sker gearets bevægelsesoverførsel effektivt, hovedsageligt på grund af indgrebet.

Forbindelsen mellem gear og aksel

Som sådan roterer tandhjulene langs de aksler, de er monteret på. Det betyder, at bevægelser kan overføres fra et gear til et andet ved hjælp af gearing langs akslen. Gearene placeres korrekt ved hjælp af en aksel. Akslen holder gearene stabile og justerede, så de fungerer korrekt. Hvis der ikke var nogen aksler, var der sandsynlighed for, at tandhjulene ikke ville opretholde deres konfiguration, så de kunne bevæge sig effektivt.

Kørende gear vs. drevet gear

I et givet sæt tandhjul findes der to hovedtyper: Det drivende og det drevne tandhjul. Det drivende gear skaber bevægelse i det drevne gear ved at rotere sig selv. Så bevægelse opstår på grund af interaktion med andre dele af en mekanisme. Det skyldes, at når det drivende gear begynder at bevæge sig, påvirker dets rotation direkte, hvor hurtigt eller langsomt det drevne gear arbejder. Det sikrer en jævn kørsel.

Materialer, der almindeligvis bruges til fremstilling af tandhjul.

Metaller og legeringer

S45C

S45C-stål tilhører standarden JISG4051-79 (94), der er kendt som 45-stål i Kina, med lignende betegnelser i Japan (S45C) og Taiwan (S45C). Det er et kulstofstål af høj kvalitet uden strukturelle defekter. Dets mikrostruktur er ensartet i hele masseområdet. Dets slidstyrke øges med en stigende mængde kulstofindhold på over 0,4 %. Det kræver dog en ordentlig varmebehandling under slukning for ikke at føre til deformation eller revnedannelse.

SUS304

Det kaldes også 06Cr19Ni10 eller bare 304 og er et eksempel på rustfrit stål. Det har fremragende korrosionsbestandighed og mekaniske egenskaber. Det er dog muligt at varmformgive det. Procedurer som bøjning og stempling kan udføres uden at hærde det. Dette stål forbliver det samme fra -196 °C til 800 °C. Fødevarekvalitet 304 har flere regler for krom, nikkel og tungmetaller.

40Cr

Den kinesiske ækvivalent til SCr440 (Japan), 5140 (USA) og ISO 41Cr4. Det gælder for maskinteknik. Dette skyldes dets fysiske egenskaber efter slukning og anløbning. På den anden side har det bedre hærdbarhed end S45C-stål. Det kan bruges til tandhjul, oliepumperotorer osv. De arbejder ved høje belastninger og mellemhastigheder.

Plastmaterialer

POM (polyoxymethylen)

Det er kendt som “superstål” på grund af dets enestående egenskaber. Det kaldes polyacetaler eller acetalharpikser. POM fungerer fra -40°C til +100°C. Det har god slidstyrke og er selvsmørende. POM er bedre end mange andre tekniske plastmaterialer. Det har f.eks. en trækstyrke på ca. 70 Mpa. Det har også lav vandabsorption, god dimensionsstabilitet og et blankt udseende.

Nylon

Den smørefri egenskab gør nylongear populære. De fungerer til applikationer, der kræver lavere støjniveauer. De fungerer også til lette gear. Dens unikke egenskaber gør også denne polymer velegnet til specialiserede gear. Det er anvendelser, hvor støj under drift skal minimeres.

Kompositmaterialer

Keramik

Siliciumcarbid og andre avancerede keramiske materialer er hårde og slidstærke. De bruges på grund af disse egenskaber. Sådanne materialer er hovedsageligt beregnet til anvendelse under svære forhold. På trods af at de er skøre, fungerer de godt under ekstreme forhold.

Metal-matrix-kompositter

Disse kompositter blander metallers styrke med keramikkens hårdhed og korrosionsbestandighed. De er ideelle til anvendelser, der har brug for metallets sejhed. De har også brug for at kende keramikkens egenskaber bedre. Disse egenskaber hjælper materialerne med at modstå hårde driftskrav.

Overvejelser om design og valg af gear.

Økonomisk budget

Omkostningerne ved tilpasning har altid været høje ved valg af gear. Producenter har ofte brug for gear med specialdesign. De skal matche tekniske tegninger og anbefalinger. Det er nødvendigt at matche disse behov med de tilgængelige budgetter.

Design og standarder

Gear har mange specifikationer, standarder og tolerancer. Ingen enkelt tilgang passer til alle situationer. Derfor bør virksomheder identificere deres egne specifikke standarder. Det kan indebære, at man overvejer andre lande som USA eller Japan, hvis de lokale regler er utilstrækkelige.

Rumkonfiguration

Selv om tandhjul normalt sidder i midten af akslen, kan produktionsbehov diktere noget andet. Sådanne ændringer kan betyde, at tandformen og -tykkelsen ændres, eller at man vælger indvendige tandhjul, der sidder tæt.

Behov for transmission

Gear er afgørende for overførsel af bevægelse og drejningsmoment mellem maskindele. Hver del har unikke krav, og derfor vælger producenterne passende gear i overensstemmelse hermed. De ændrer gearets type og design som reaktion på kravene til bevægelse og drejningsmoment.

Serviceforhold

Mange faktorer påvirker valget af gear, f.eks. vægt, friktion, støj, vibrationer og stress. Der er også miljøfaktorer som temperatur, renlighed og luftfugtighed. Disse faktorer tages i betragtning, når der træffes beslutning om materialer, behandlinger eller smøring af gear.

Valg af materiale

Valg af gear afhænger af, hvor godt de kan modstå forskellige forhold. Det gælder bl.a. ekstreme temperaturer og støv. Nogle materialer er rustfrit stål (SUS304), kulstofstål (S45C), nylon osv. De sikrer holdbarhed under visse forhold.

Detaljer om gearkonfiguration

• Modul og antal tænder: Vælg ud fra det ønskede gearforhold og den tilgængelige plads,
• Gearstørrelse: Vælg ud fra pladskrav til installationssteder,
• Krav til drejningsmoment: Systemets evne til at håndtere drejningsmoment skal overvejes, før der vælges gear,
• Indvendig hulform: Vælg et nøglehul til positionering eller fastgørelse. Ellers skal du vælge et rundt hul baseret på installations- eller tilslutningsbehov.

Anvendelser af geartyper

Fordele og ulemper ved tandhjul

Fordele ved tandhjul

• Effektiv kraftoverførsel: De muliggør høje hastighedsforhold på lidt plads med minimalt energispild.
• Præcis styring af hastighed og drejningsmoment: Den giver mulighed for nøjagtig kontrol, hvilket gør den anvendelig til forskellige mekaniske behov.
• Mange forskellige anvendelser: Der er mange typer og størrelser til rådighed, som kan vælges alt efter behovet for det enkelte gear.
• Kompakt design: Det hjælper med at spare plads og integreres problemfrit i forskellige opstillinger.
• Lav vedligeholdelse: Kun simpel smøring er nødvendig på grund af deres holdbarhed og lange levetid.
• Fast hastighedsforhold: Bevægelse på tværs af ikke-parallelle aksler krydser hinanden perfekt, hvilket sikrer ensartet ydeevne.

Ulemper ved tandhjul

• Komplekse systemer: Det kan være en udfordring at installere sådanne systemer præcist og at vedligeholde dem,
• Støj og vibrationer: Høj hastighed eller forkert justering forårsager dette problem, som hæmmer komfortabel brug af et system,
• Begrænset kapacitet over lange afstande: Ikke i stand til at overføre bevægelse over lange afstande,
• Risiko for skader under høj belastning: Den værste skade kan ske, hvis der sker en fejl med tandhjulene,
• Manglende fleksibilitet: I mange tilfælde begrænser den operationelle stivhed anvendelsen i forskellige situationer,
• Høje produktionsomkostninger: Produktions- og monteringsprocesserne er økonomisk belastende for køberne.

Hvad er forskellen på gear og tandhjul?

Gear og tandhjul driver alt fra cykler til maskiner. De er en vigtig del af vores hverdag. De muliggør en jævn kraftoverførsel og styrer dermed præcise bevægelser. Både gear og tandhjul driver maskiner. Men deres separate design gør dem bedre til forskellige funktioner, ligesom en skruetrækker og en skruenøgle.

Form og design

Tandhjul har tænder. Tænderne er formet som uregelmæssige puslespilsbrikker. De passer sammen. Det gør, at de griber godt ind i andre tandhjul. I modsætning hertil er tænderne i tandhjulene adskilt fra hinanden, så de kan gribe ordentligt fat i en kæde eller et bælte.

Mekanisme for kraftoverførsel

Ved at låse deres tænder sammen muliggør tandhjul kraftoverførsel, hvilket resulterer i kontinuerlig bevægelse. Tandhjul overfører energi ved at gribe fat i kædeleddene. Det svarer til en cykelkæde, der løber rundt om tandhjulene for at rotere.

Anvendelser

Gear bruges til præcis hastighed, drejningsmoment og positionering. De findes i biler, maskiner, ure og gearkasser. Tandhjul optræder primært i systemer med kæder eller remme. Det gælder bl.a. cykler, motorcykler, transportbånd og andre maskiner.

Fordeling af belastning

De fordeler belastningen på mange tænder, så kraftoverførslen bliver jævn og effektiv. Det betyder, at der er minimal belastning på de enkelte tænder. Tandhjul spreder belastningen til separate led i en kæde eller et bælte, hvilket fører til øget belastning på bestemte kontaktpunkter.

Størrelse og konstruktion

Gear findes i forskellige størrelser og konstruktioner. De omfatter tand-, skrue-, koniske-, snekke-, tandstangs- og planetgear. I modsætning hertil er tandhjulsdesigns mere standardiserede. De har også en enklere konstruktion, som gør, at de fungerer bedre sammen med kæder og remme.

Konklusion

Det er vigtigt at forstå gear for at kunne optimere mekaniske systemer. Denne guide udforsker geartyper og deres design. Den dækker, hvordan de hjælper kraftoverførslen med at fungere godt. Forbedret viden gør det lettere at træffe bedre beslutninger om valg og vedligeholdelse af gear.

Samarbejd med os om at forbedre dine mekaniske systemer med vores ekspertdesignede gear. Kontakt os i dag for at få innovative løsninger og ekspertrådgivning, der er skræddersyet til dine behov.

Ofte stillede spørgsmål

Hvilke behandlingsteknikker bruger maskinarbejderne på tandhjul? .

Gearene kan slibes glatte, så de er støjsvage. De varmebehandles, fordi det øger deres styrke og holdbarhed. Opvarmning af tandhjul efter hobning gør dem meget stærkere. Denne proces bruges mest til hjul eller aksler i parallelle topdrevsgearkasser.

Hvad er beregningsformler for gearbearbejdning?

Gearstørrelser beregnes ved hjælp af formler, især dem, der gælder for pinion og store gear. Disse formler bygger på ting som modultrykvinkel, antal tænder osv., delingscirkeldiameter osv.