Typer av kugghjul: Klassificeringar, tillämpningar och tips

Vad är en växel?

En växel är en mekanisk komponent. Den består av spärrar eller kugghjul som har kuggar. De passar ihop för att överföra rotation och vridmoment från den ena axeln till den andra. Denna exakta inkoppling undviker kompromisser. De kan orsaka inkonsekvent hastighet och kraft. Kugghjul är kritiska komponenter i många sektorer. Dessa är fordons-, maskin-, flyg- och robotteknik. Kugghjul används för att kontrollera hastighet och överföra kraft.

Det finns ingen standard för kugghjulsindustrin. Ändå klassificeras kugghjul baserat på kuggarna och kugghjulens rotationsriktning. Detta illustrerar hur de olika typerna av kugghjul och speciella användningsområden diskuteras. Den används i många olika mekaniska system. Detta illustrerar hur kugghjul utformas för komplicerade konfigurationer.

Viktiga terminologier för växlar

Parametrar för grundläggande kugghjul

Kugghjul har parametrar. De är kugghjulens tekniska egenskaper. Dessa parametrar krävs av industrins ingenjörer. Alla dessa parametrar tillämpas på olika delar av en växel. De avgör hur växeln kommer att fungera och dess prestanda.

Antal tänder: Tänderna har skarpa kanter och omsluter kugghjulet helt och hållet. Antalet tänder ska vara ett heltal, vilket kan påverka utväxlingsförhållandet, en viktig aspekt av kugghjulets prestanda. Fler tänder gör rörelsen mjukare men kräver precisionstillverkning.

Helhetsdjup: Helhetsdjupet mäts från toppen av en tand till dess lägsta punkt. Detta säkerställer att den avsedda belastningen kan bäras av kugghjulet i fråga. Det gör det också möjligt för växeln att fungera korrekt i ett mekaniskt system.

Kritiska cirklar och diametrar

Pitch Circle: En pitch circle är en imaginär cirkel som visar en kugghjuls storlek. Den är viktig för kugghjul som griper in i varandra. Deras delningscirklar måste matcha väl under drift… Delningscirkeln delar in tanden i addendum och dedendum.

Rotcirkel:Rotcirkeln kallas ibland för innerdiameter. Den markerar tandens botten, eller mer specifikt, dess höjd. Denna höjd används vid beräkningar av tanddjup och tandstyrka.

Utvändig cirkel: När det gäller yttermått visar den yttre cirkeln den diameter där markeringen börjar och där tandändarna börjar uppifrån och ned. Den övergripande storleken och utbytbarheten mellan kugghjul i ett system beror på den.

Pitchdiameter: Pitchdiameter definieras som diametern på pitchcirkeln. Att uppskatta avståndet mellan två kugghjul i ingrepp är därför avgörande. Det förhindrar avbrott som inträffar när denna process inte hanteras väl…

Pitch och modul

B Den mäter avståndet mellan två intilliggande tänder på delningscirkeln. Det är viktigt för att förstå positionering och interaktion.

Modul: Det är ett förhållande som erhålls genom att dividera diametern på delningscirklar med π (pi). Vid analys av kugghjul används det ofta för att förenkla beräkningar av kuggstorlek och kuggavstånd.

Diametral delning: Antalet tänder på ett kugghjul dividerat med delningscirkelns diameter. Kugghjul med samma diametrala delning kommer att kugga bra. Detta gör det till en viktig parameter för kugghjulskompatibilitet.

Cirkulär tjocklek: Ett mått som definierar hur tjock en tand är när man tittar på den från dess omkrets. Dessa mått säkerställer att kugghjul kan hantera krafter som appliceras under deras drift.

Vinklar och punkter

Tryckvinkel: Vinkeln mellan den gemensamma normalen vid tandens kontaktpunkt och den gemensamma tangenten vid delningscirkeln. Detta påverkar kraftöverföringen samt jämnheten i kugghjulsdriften.

Pitchpunkt: Den punkt där två kugghjul som griper in i varandra har kontaktpunkter som ligger på deras respektive delningscirklar. Noggrann kugghjulsuppriktning beror på denna punkt; därför är den slät.

Pitchyta: Det är känt att kugghjulet ersätter en imaginär rullande cylinderyta. Detta hjälper oss att förstå kugghjulens rörelse när de interagerar.

Addendum, Dedendum och Depths.

Addendum & Dedendum: Det radiella avståndet går från addendum till tandbasen. Det säkerställer korrekt kugghjulskontakt under belastning.

Addendumcirkeln & Dedendumcirkeln: Den finns precis vid spetsen av varje tand … Dessa två cirklar ligger koncentriskt för tonhöjdscirkeln och fungerar som gränser för tandområdet.

Bascirkel: Involuta tandprofiler härleds från den. Detta bestämmer formen och styrkan hos tandstrukturen med 13 växlar.

Totalt djup & arbetsdjup: Den radiella skillnaden är mellan addendum- och dedendumcirklarna. Arbetsdjupet säkerställer att kugghjulen passar från addendum till frigångscirkeln.

Tandtjocklek och tandmellanrum: Detta är bredden på en tand på delningscirkeln. Dessa avläsningar hjälper till att bestämma tandavstånden och deras samverkan med växelsystemet.

Klassificering av kugghjul

Typer av kugghjul baserade på tandform

Beroende på tandformen finns det tre huvudtyper av kugghjul: evolverande, cykloida och trochoida. Evolventkugghjul är kända för sina böjda profiler som säkerställer en smidig transmission. Cykloida kugghjul har en böjd form. Denna form gör dem mer effektiva i vissa fall än i andra. Trochoida kugghjul har unika tänder. De gör att kugghjulen fungerar bra under vissa förhållanden.

Typer av kugghjul baserade på axlarnas konfiguration

Kugghjul kan också klassificeras baserat på deras axelkonfiguration. Kugghjul med parallella axlar är placerade i parallella axlar som delar samma plan. Dessa har hög effektivitet i rörelseöverföringen, precis som spiralformade kugghjul och kuggstänger. Axelväxlar möts i en punkt. Ett exempel är en konisk kuggväxel. Denna typ möts i ett plan. Den håller hög verkningsgrad. En snäckväxels axlar möts däremot inte eller löper parallellt. Detta orsakar låg effektivitet.

Olika typer av kugghjul

Växlar är viktiga i alla maskiner. Den överför rotation och kraft mellan delarna. De finns i många olika former. De uppfyller många mekaniska behov i olika branscher. Ingenjörer behöver känna till egenskaperna och utformningen hos varje typ av växel. De använder denna kunskap för att välja de bästa för sina behov.

Spiralväxel: Spindelkugghjul är enkla. Deras tänder är parallella med rotationsaxeln. Det innebär att de bara kan kugga i andra kugghjul som har parallella axlar. Den här typen av växlar används ofta eftersom de är enkla, billiga och lätta att underhålla. Därför måste gjuteripraxis användas i applikationer med måttliga hastigheter, som kvarndrivningar och lyftutrustning.

Helical Gear: Helixväxlar har tänder som är skurna i vinkel mot axeln. De är tystare och vibrerar mindre än cylindriska kugghjul. Höghastighetsapplikationer är bäst lämpade för dessa växlar. De kan också bära mer last, vilket gör dem lämpliga för biltransmissioner och tunga maskiner.

Dubbel spiralformad kuggväxel: En dubbelspiralformad kuggväxel består av två parallella spiralformade ytor med ett mellanrum mellan dem; därför finns det ingen axiell dragkraft och mjukare drift. Den rekommenderas starkt för höghastighetsapplikationer med stort utväxlingsförhållande. Denna typ används också för att absorbera stötar och vibrationer.

Herringbone-växel: Herringbone-växlar är som dubbla spiralformade växlar. Men de har inget utrymme mellan de två sidorna. Detta gör dem idealiska för höga stötar och vibrationer. Men deras komplexa tillverkningsprocess och kostnader förhindrar deras utbredda anställning.

Maskväxel: En maskväxel har en snäcka och ett snäckhjul. De är avsedda för axlar som inte korsar varandra i rät vinkel. Den har höga reduktionsförhållanden. Denna typ av utväxling är känd för sin tysta drift. Så det är bäst för långsamma medelhastighetsfall med chockbelastningar.

Konisk kuggväxel: Koniska kugghjul överför kraft mellan axlar som korsar varandra i en viss vinkel, t.ex. 90 grader. De används ofta i bildifferentialer, elverktyg och styrsystem. Detta beror på att de effektivt kan hantera höga vridmoment.

Kuggstång och kugghjul: Den här kugghjulstypen omvandlar rotation till linjär rörelse eller vice versa. Den är viktig i styrsystem, CNC-maskiner och linjära ställdon. Kuggstångskugghjul ger exakt rörelsekontroll. Därför behöver många användningsområden effektivitet från dessa typer av produkter.

Planetväxel: Planetväxlar har en central solväxel, många planetväxlar och en yttre ringväxel. De ger mycket höga reduktionsförhållanden. De är också tillräckligt kompakta för att klara tunga belastningar. Detta gör dem populära i bilar, robotar och maskiner som behöver den här kombinationen.

Innerväxel: Innerkugghjul används främst i planetväxlar och axelkopplingar. Sådana kugghjul har tänder i en kon eller cylinder, vilket gör att de kan vridas åt samma håll. Vi behöver specifika krav på uppriktning av kugghjul och rotationskontroll.

Arbetsprinciper för mekaniska växlar

Kugghjulsnätning och rörelseöverföring

Kugghjul fungerar när deras kuggar griper in i varandra för att skifta hastigheter och rörelser. Kugghjulets tänder griper in i en annan kugghjuls tänder. Detta gör att de kan överföra rotation. På så sätt skapas en mekanisk fördel när vridmoment, hastighet och rotationsriktning ändras. På detta sätt sker kugghjulens rörelseöverföring effektivt, främst på grund av ingreppet.

Förbindelsen mellan kugghjul och axel

Kugghjulen roterar längs de axlar på vilka de är monterade. Detta innebär att rörelser kan överföras från ett kugghjul till ett annat genom kuggverkan längs axeln. Kugghjulen positioneras på rätt sätt med hjälp av en axel. Axeln håller kugghjulen stabila och i linje så att de fungerar korrekt. Om det inte fanns några axlar på plats var det troligt att kugghjulen inte skulle bibehålla sin konfiguration för effektiv rörelse.

Drivande växel vs. drivande växel

I en given uppsättning kugghjul finns två huvudtyper; drivande och drivna kugghjul. Den drivande växeln orsakar rörelse i den drivna växeln genom att rotera sig själv. Rörelse uppstår alltså på grund av interaktion med andra delar av en mekanism. Detta beror på att när den drivande växeln börjar röra sig, påverkar dess rotation direkt hur snabbt eller långsamt den drivna växeln arbetar. Detta säkerställer en jämn gång.

Material som vanligen används vid tillverkning av kugghjul.

Metaller och legeringar

S45C

S45C-stål tillhör standarden JISG4051-79 (94) som kallas 45-stål i Kina, med liknande beteckningar i Japan (S45C) och Taiwan (S45C). Det är ett högvärdigt kolstål utan strukturella defekter. Dess mikrostruktur är enhetlig genom hela dess massområde. Slitstyrkan ökar med en ökande mängd av kolinnehållet på över 0,4%. Detta kräver dock korrekt värmebehandling under kylningen för att inte leda till deformation eller sprickbildning.

SUS304

Det kallas även 06Cr19Ni10 eller bara 304 och är ett exempel på rostfritt stål. Det har utmärkt korrosionsbeständighet och mekaniska egenskaper. Det är dock möjligt att varmforma det. Processer som bockning och stansning kan göras utan att härda det. Detta stål förblir detsamma från -196°C till 800°C. Food grade 304 har fler regler för krom, nickel och tungmetaller.

40Cr

Den kinesiska motsvarigheten till SCr440 (Japan), 5140 (USA) och ISO 41Cr4. Det gäller för maskinteknik. Detta beror på dess fysiska egenskaper efter kylning och anlöpning. Å andra sidan har det bättre härdbarhet än S45C-stål. Det kan användas för kugghjul, oljepumpsrotorer etc. De arbetar vid höga belastningar och medelhastigheter.

Plastmaterial

POM (polyoximetylen)

Det är känt som ”superstål” på grund av dess exceptionella egenskaper. Det kallas polyacetaler eller acetalhartser. POM fungerar från -40°C till +100°C. Den har god slitstyrka och självsmörjning. POM är bättre än många andra tekniska plaster. Den har t.ex. en draghållfasthet på ca 70 Mpa. Den har också låg vattenabsorption, god dimensionsstabilitet och ett glansigt utseende.

Nylon

Den smörjfria egenskapen gör nylonväxlar populära. De fungerar för applikationer som kräver lägre ljudnivåer. De fungerar också för lätta växlar. Dess unika egenskaper gör också denna polymer lämplig för specialiserade växlar. Det här är applikationer där buller under drift måste minimeras.

Kompositmaterial

Keramik

Kiselkarbid och andra avancerade keramer är hårda och slitstarka. De används för dessa egenskaper. Sådana material är främst avsedda för användning under svåra förhållanden. Trots att de är spröda fungerar de bra under extrema förhållanden.

Metallmatriskompositer

Dessa kompositer kombinerar metallers styrka med keramers hårdhet och korrosionsbeständighet. De är idealiska för applikationer som behöver metallens seghet. De behöver också känna till keramikens egenskaper bättre. Dessa egenskaper hjälper materialen att stå emot tuffa driftskrav.

Överväganden för utformning och val av växlar.

Ekonomisk budget

Kostnaden för kundanpassning har alltid varit hög vid val av kugghjul. Producenter behöver ofta kugghjul med specialkonstruktioner. De måste matcha tekniska ritningar och rekommendationer. Det är nödvändigt att matcha dessa behov med tillgängliga budgetar.

Design och standarder

Kugghjul har många specifikationer, standarder och toleranser. Det finns inte ett enda tillvägagångssätt som passar alla situationer. Därför bör företagen identifiera sina egna specifika standarder. Detta kan innebära att man måste överväga andra länder, som USA eller Japan, om de lokala bestämmelserna är otillräckliga.

Rymdkonfiguration

Även om kugghjul vanligtvis sitter i axelns mitt kan tillverkningsbehoven kräva något annat. Sådana förändringar kan innebära att tandformen och tandtjockleken ändras eller att man väljer invändiga kugghjul som sitter tätt.

Behov av växellåda

Kugghjul är nödvändiga vid överföring av rörelse och vridmoment mellan maskindelar. Varje del har unika krav och därför väljer tillverkarna lämpliga kugghjul. De ändrar kugghjulens typ och konstruktion för att uppfylla kraven på rörelse och vridmoment.

Villkor för tjänsten

Många faktorer påverkar valet av kugghjul, t.ex. vikt, friktion, buller, vibrationer och belastning. Det finns också miljöfaktorer som temperatur, renlighet och luftfuktighet. Dessa faktorer beaktas när man väljer material, behandlingar eller smörjning för kugghjul.

Val av material

Valet av utrustning beror på hur väl den klarar olika förhållanden. Dessa inkluderar extrema temperaturer, damm och mycket mer. Vissa material är rostfritt stål (SUS304), kolstål (S45C), nylon osv. De säkerställer hållbarhet under vissa förhållanden.

Detaljer om växelns konfiguration

• Modul och antal tänder: Välj utifrån önskat utväxlingsförhållande och tillgängligt utrymme,
• Växelstorlek ： Välj utifrån utrymmesbehov för installationsplatser,
• Vridmomentkrav:Systemets vridmomentkapacitet måste beaktas innan en växel väljs,
• Form på invändigt hål: Välj ett kilspår för positionering eller fixering. Annars kan du välja ett runt hål baserat på installations- eller anslutningsbehov.

Tillämpningar av kugghjulstyper

Fördelar och nackdelar med kugghjul

Fördelar med kugghjul

• Effektiv kraftöverföring: Dessa möjliggör höga hastigheter i ett litet utrymme med minimalt energislöseri.
• Exakt kontroll av hastighet och vridmoment: Den möjliggör exakt styrning, vilket gör att den kan användas för olika mekaniska behov.
• Mångsidiga tillämpningar: Det finns många olika typer och storlekar som kan väljas beroende på efterfrågan för varje växel.
• Kompakt design: Den sparar utrymme och kan integreras i olika miljöer på ett smidigt sätt.
• Lågt underhållsbehov: Tack vare deras hållbarhet och långa livslängd krävs endast enkel smörjning.
• Fast hastighetsförhållande: Rörelser över icke-parallella axlar korsar varandra perfekt, vilket ger en jämn prestanda.

Nackdelar med kugghjul

• Komplexa system: Att installera sådana system exakt kan vara en utmaning, liksom att underhålla dem,
• Buller och vibrationer: Hög hastighet eller felaktig uppriktning orsakar detta problem, vilket hindrar bekväm användning av ett system,
• Begränsad kapacitet för långa avstånd: Kan inte överföra rörelse över långa avstånd,
• Risk för skador under hög belastning:Den värsta skadan kan inträffa om det görs något misstag med kuggväxlarna,
• Bristande flexibilitet:I många fall begränsar stelheten i verksamheten dess tillämpning i olika situationer,
• Höga tillverkningskostnader: Produktions- och monteringsprocesserna är ekonomiskt betungande för köparna.

Vad är skillnaden mellan kugghjul och kedjehjul?

Kugghjul och kugghjul driver allt från cyklar till maskiner. De är en viktig del av vårt dagliga liv. De möjliggör en smidig kraftöverföring och styr därmed exakta rörelser. Både kugghjul och kedjehjul driver maskiner. Men deras separata konstruktioner gör dem bättre för olika funktioner, ungefär som en skruvmejsel och en skiftnyckel.

Form och design

Kugghjul har tänder. Tänderna är formade som oregelbundna pusselbitar. De passar ihop. Detta gör att de passar bra ihop med andra kugghjul. Kedjehjul däremot har tänderna placerade så att de kan gripa tag i en kedja eller ett bälte på rätt sätt.

Mekanism för kraftöverföring

Genom att kugghjulen kopplar ihop sina tänder möjliggör de kraftöverföring, vilket resulterar i en kontinuerlig rörelse. Kugghjul överför energi genom att greppa tag i kedjelänkarna. Detta liknar en cykelkedja som slingrar sig runt kugghjul för att rotera.

Tillämpningar

Kugghjul används för exakt hastighet, vridmoment och positionering. De finns i bilar, maskiner, klockor och växellådor. Kedjehjul förekommer främst i system med kedjor eller remmar. De finns bland annat i cyklar, motorcyklar, transportörer och andra maskiner.

Lastfördelning

De fördelar belastningen över många tänder så att kraftöverföringen blir jämn och effektiv. Detta innebär att belastningen på enskilda tänder är minimal. Sprockets fördelar belastningen på separata länkar i en kedja eller rem, vilket leder till ökad belastning på särskilda kontaktpunkter.

Storlek och konstruktion

Kugghjul finns i olika storlekar och konstruktioner. Bland annat sporr-, spiral-, koniska-, mask-, kuggstångs- och planetväxlar. Kedjekransar är däremot mer standardiserade. De har också en enklare konstruktion, vilket gör att de fungerar bättre med kedjor och remmar.

Slutsats

Att förstå kugghjul är viktigt för att optimera mekaniska system. I den här guiden förklaras kugghjulstyper och deras konstruktion. Den tar upp hur de bidrar till att kraftöverföringen fungerar väl. Ökad kunskap underlättar bättre beslutsfattande vid val och underhåll av växlar.

Samarbeta med oss för att förbättra dina mekaniska system med våra expertdesignade växlar. Kontakta oss idag för innovativa lösningar och expertråd som är skräddarsydda för dina behov.

Vanliga frågor

Vilka behandlingstekniker använder maskinisterna på kugghjul?

Kugghjulen kan slipas släta för tyst drift. De värmebehandlas eftersom det ökar deras styrka och hållbarhet. Uppvärmning av kugghjul efter hobbning gör dem mycket starkare. Denna process används mest med hjul eller axlar i parallella toppdrivna växellådor.

Vad är beräkningsformler för kuggbearbetning?

Växelstorlekar beräknas med hjälp av formler, särskilt de som gäller för pinjongväxlar och stora växlar. Dessa formler bygger på saker som modulens tryckvinkel, antal kuggar etc, delningscirkelns diameter etc.