In tegenstelling tot de onderstaande Lego-tandwielen en assen hebben de meeste motoren perfect ronde assen. Dit maakt het bevestigen van tandwielen, katrollen en tandwielen lastig.
De belangrijkste methoden voor het bevestigen van tandwielen aan assen zijn lijmen, perspassingen, kruisgeboorde gaten, compressie, stelschroeven, spiebanen, ingewikkelde spiebanen en conische borgbussen. Bij de meeste industriële toepassingen worden spiebanen en/of stelschroeven gebruikt. Terwijl lijmen en persfittingen meestal worden uitgevoerd met een laag koppel of hobbytoepassingen.
Laten we elke methode onderzoeken en de voor- en nadelen afwegen. Ik zal ook de termen gebruiken; tandwielen, katrollen, tandwielen en nokken, onderling uitwisselbaar, aangezien dit artikel ingaat op hoe het apparaat wordt gemonteerd, niet op wat het doet.
Kleefstoffen
Lijmen worden vooral gebruikt in hobbytoepassingen met kunststof tandwielen. Niet alleen omdat kunststof tandwielen niet veel koppel aankunnen, maar ook omdat de asmaten klein in diameter blijven.
Naarmate de schachtdiameter toeneemt, is de relatieve sterkte van de lijmverbinding en de schachtsterkte gelijk aan ongeveer 3/16″ (5 mm) bij gebruik van een conservatieve lijmsterkte van 1000 psi (7 N/mm) en een schacht van C1018-staal ( 54 ksi, 370 MPa).
Conclusie: voor kleine assen is het gebruik van lijm een goede keuze
Zoals gezegd adverteren de meeste lijmfabrikanten met een overlapafschuifsterkte van minimaal 1000 psi en sommige zelfs wel 3000+ psi. Een lap-shear-test wordt uitgevoerd door twee lange dunne staven met lijm over een meetbaar gebied aan elkaar te bevestigen. De uiteinden van de staven worden uit elkaar getrokken totdat ze falen. De kracht wordt gedeeld door het gebied en het resultaat is de schuifsterkte.
Ik ontwerp hier meestal rond het lage aantal geadverteerde schuifsterkte, omdat er veel factoren in het spel zijn die de werkelijke sterkte kunnen verlagen. Hiertoe behoren onder meer oppervlaktevoorbereiding, oppervlaktetoepassing, temperatuur en vochtigheid.
Voordat u de lijm aanbrengt, moet u de oppervlakken van de poelie en de as opruwen met wat schuurpapier (korrel 200 – 300) of een fijne vijl. Hierdoor krijgt de lijm kleine krasjes waar hij zich aan kan vastgrijpen. Vervolgens wilt u reinigen en ontvetten met een reinigingsmiddel en vervolgens volledig drogen. Ik gebruik graag remmenreiniger omdat ik dat in de buurt heb.
Om erachter te komen of uw toepassing bestand is tegen het toegepaste koppel. Gebruik de volgende formules.
Waar Area het oppervlak is tussen de as en de poelie, d is de asdiameter, L is de overlaplengte voor de as en poelie, F is de interne schuifkracht tussen de as en poelie, Ssis de schuifsterkte van de lijm, en T is het toegepaste (of maximale koppel).
Met een gemiddelde adhesieve schuifsterkte van 1000 psi, een diameter van 0,19 inch en een overlaplengte van 0,38 inch kunnen we vaststellen dat ons maximale koppel 43,1 in lb is.
Er zijn drie belangrijke nadelen aan het gebruik van de lijmmethode om een katrol aan een as te bevestigen
Het koppel wordt beperkt door de diameter en de kleefkracht zoals reeds vermeld
Er is de mogelijkheid om de as en poelie uit het midden en/of loodrecht te plaatsen. Dit kan worden geminimaliseerd door de tolerantie tussen de twee, maar niet zo strak dat je alle lijm wegveegt.
Er is geen manier om de componenten aan te passen of te vervangen zonder de mogelijkheid om 1 of beide componenten te beschadigen. Aanpassing is belangrijk en deze methode laat dit helemaal niet toe.
Perspassing
Persfitting is een beproefde methode om tandwielen aan assen te bevestigen. Het wordt in de spoorwegindustrie gebruikt als een methode om geld te besparen wanneer wielsamenstellen verslijten of niet meer rond zijn.
De lasnaad van het hoofdwiel heeft een nauwkeurig bewerkte diameter en daaromheen wordt een dunne band van gehard staal aangebracht. De band of "band" is eigenlijk kleiner dan het bewerkte oppervlak. Hierdoor kan de goedkope band van tijd tot tijd worden vervangen in plaats van het hele wielsamenstel.
In de volgende video is te zien hoe de band door middel van hitte van het wiel wordt verwijderd. De band zal in diameter groter worden naarmate de temperatuur stijgt. Het wiel (binnendiameter) blijft ongeveer even groot omdat het veel meer massa heeft en sneller warmte zal uitstralen.
Op dit punt kan de band worden losgewrikt en op dezelfde manier een nieuwe worden geïnstalleerd.
Omdat hier geen mechanische vergrendeling op zit, is deze 100% gebaseerd op wrijving en kan deze slippen. Het meten en bepalen van de perspassing is moeilijk en er moeten meestal aannames worden gedaan.
Waar Pr de druk tussen de oppervlakken is, is δ de mate van perspassing, d is de asdiameter, dois de buitendiameter van de naaf of het tandwiel, diis de binnendiameter van de as (indien hol), μ is de wrijvingscoëfficiënt tussen de materialen en E en ν zijn de Young's Modulus en Poisson's Ratio van de materialen.
Perspassing tandwielen op een as
Door het materiaal te verwarmen wordt de diameter groter; daarom wordt de hoeveelheid perspassing verminderd, δ. Dit maakt het gemakkelijker om de uitrusting aan of uit te trekken, maar het eindresultaat is hetzelfde als het eenmaal is afgekoeld.
Als je dit thuis doet met plastic tandwielen. Probeer ze eens op te warmen in de oven op ongeveer 175 graden tot 200 graden (79 graden tot 93 graden) en schuif ze vervolgens op de as.
Deze methode is aanpasbaar, maar niet eenvoudig en het kan zijn dat u meerdere componenten moet demonteren, zodat ze niet door de hitte worden vernietigd.
Kruisgeboorde gaten
Een gat boren door zowel de versnellingsnaaf als de as is een geweldige manier om veel koppel te krijgen. Het voorkomt ook dat de as overbelast raakt, omdat de pen zal scheuren (breken) als het koppel te hoog is. Er zijn drie hoofdtypen pinnen die u in deze toepassing kunt gebruiken, hieronder vermeld, van zwak naar sterk.
Kruisgeboord gat met rolpin (veer).
Rolpennen (veer- of sleufpennen) – Dit zijn platte staven die tot een ronde vorm zijn gerold. Ze hebben de neiging open te springen (vandaar de veerpennen), waardoor er voldoende perspassing is zodat de pen er niet uit glijdt. Ik raad deze aan boven de andere twee opties.
Breekpennen – Deze pinnen zijn massief en hebben een inkeping in het midden waar de pin is ontworpen om bij een specifieke kracht te falen. Het is belangrijk om een pen te krijgen waarbij de inkeping zich in hetzelfde vlak bevindt als de asdiameter.
Paspennen – Dit zijn gewoon stevige pennen met een hoge sterkte. Als je gat te groot is, zul je deze waarschijnlijk op hun plaats moeten lijmen (ook breekpennen). Als uw toepassing de richting of belasting omkeert, kunt u ervoor zorgen dat de lijm voortijdig kapot gaat en de pin eruit valt.
Elk van de pinnen heeft een geadverteerde breeksterkte en u kunt de diameter en het type selecteren op basis van de onderstaande vergelijkingen. Fsis de schuifkracht, T is het toegepaste koppel en d is de asdiameter.
Deze methode geeft u veel capaciteit om meer koppel aan te kunnen, maar er is nog steeds geen aanpassing mogelijk zodra het gat is geboord. Als je te vaak een fout maakt, ziet de schacht eruit als Zwitserse Kaas.
Het grote voordeel is dat bijna iedereen deze joint kan maken. Het enige wat je nodig hebt is een boormachine, boren en een hamer.Ik raad aan om eerst een kleinere diameter 1/16 – 3/32 te boren en de uitlijning te controleren met een tandenstoker.Als het goed is, boor het dan uit tot de gewenste diameter. Als dit niet het geval is, draait u naar een ander deel van de as en probeert u het opnieuw.
Hoe u tandwielen, tandwielen en katrollen aan assen bevestigt
Geschreven door Corey Rasmussen in Gears, Mechanisch ontwerp Laatst bijgewerkt op 22 augustus 2024
In tegenstelling tot de onderstaande Lego-tandwielen en assen hebben de meeste motoren perfect ronde assen. Dit maakt het bevestigen van tandwielen, katrollen en tandwielen lastig.
De belangrijkste methoden voor het bevestigen van tandwielen aan assen zijn lijmen, perspassingen, kruisgeboorde gaten, compressie, stelschroeven, spiebanen, ingewikkelde spiebanen en conische borgbussen. Bij de meeste industriële toepassingen worden spiebanen en/of stelschroeven gebruikt. Terwijl lijmen en persfittingen meestal worden uitgevoerd met een laag koppel of hobbytoepassingen.
Laten we elke methode onderzoeken en de voor- en nadelen afwegen. Ik zal ook de termen gebruiken; tandwielen, katrollen, tandwielen en nokken, onderling uitwisselbaar, aangezien dit artikel ingaat op hoe het apparaat wordt gemonteerd, niet op wat het doet.
Kleefstoffen
Lijmen worden vooral gebruikt in hobbytoepassingen met kunststof tandwielen. Niet alleen omdat kunststof tandwielen niet veel koppel aankunnen, maar ook omdat de asmaten klein in diameter blijven.
Afbeelding met dank aan Creative Commons
Benieuwd naar meer informatie over tandwielen?
Meld u aan voor de GRATIS uitgebreide Masterclass Gear Design van Mentored Engineer (waarde $ 500), inclusief zijn Planetary Gear Calculator ($ 250 waarde) en de wekelijkse Mentored Engineer-nieuwsbrief
Naam:
Beste e-mail:
De Comprehensive Gear Design Master Class is een 17-delige serie video's en tekst waarin je leert:
Hoe je tandwielen zo kunt dimensioneren dat ze in elkaar grijpen
Bereken de spanning op de tandwieltanden
Bereken overbrengingsverhoudingen in het planetenstelsel
Na het voltooien van deze cursus kunt u voor de eerste keer tandwielkasten correct ontwerpen en specificeren voor uw toepassingen.
De cursus en de rekenmachine hebben een gezamenlijke waarde van ruim €750! GRATIS
Wij respecteren uw e-mailprivacy
Naarmate de schachtdiameter toeneemt, is de relatieve sterkte van de lijmverbinding en de schachtsterkte gelijk aan ongeveer 3/16″ (5 mm) bij gebruik van een conservatieve lijmsterkte van 1000 psi (7 N/mm) en een schacht van C1018-staal ( 54 ksi, 370 MPa).
Conclusie: voor kleine assen is het gebruik van lijm een goede keuze
Zoals gezegd adverteren de meeste lijmfabrikanten met een overlapafschuifsterkte van minimaal 1000 psi en sommige zelfs wel 3000+ psi. Een lap-shear-test wordt uitgevoerd door twee lange dunne staven met lijm over een meetbaar gebied aan elkaar te bevestigen. De uiteinden van de staven worden uit elkaar getrokken totdat ze falen. De kracht wordt gedeeld door het gebied en het resultaat is de schuifsterkte.
Ik ontwerp hier meestal rond het lage aantal geadverteerde schuifsterkte, omdat er veel factoren in het spel zijn die de werkelijke sterkte kunnen verlagen. Hiertoe behoren onder meer oppervlaktevoorbereiding, oppervlaktetoepassing, temperatuur en vochtigheid.
Voordat u de lijm aanbrengt, moet u de oppervlakken van de poelie en de as opruwen met wat schuurpapier (korrel 200 – 300) of een fijne vijl. Hierdoor krijgt de lijm kleine krasjes waar hij zich aan kan vastgrijpen. Vervolgens wilt u reinigen en ontvetten met een reinigingsmiddel en vervolgens volledig drogen. Ik gebruik graag remmenreiniger omdat ik dat in de buurt heb.
Om erachter te komen of uw toepassing bestand is tegen het toegepaste koppel. Gebruik de volgende formules.
Waar Area het oppervlak is tussen de as en de poelie, d is de asdiameter, L is de overlaplengte voor de as en poelie, F is de interne schuifkracht tussen de as en poelie, Ssis de schuifsterkte van de lijm, en T is het toegepaste (of maximale koppel).
Met een gemiddelde adhesieve schuifsterkte van 1000 psi, een diameter van 0,19 inch en een overlaplengte van 0,38 inch kunnen we vaststellen dat ons maximale koppel 43,1 in lb is.
Er zijn drie belangrijke nadelen aan het gebruik van de lijmmethode om een katrol aan een as te bevestigen
Het koppel wordt beperkt door de diameter en de kleefkracht zoals reeds vermeld
Er is de mogelijkheid om de as en poelie uit het midden en/of loodrecht te plaatsen. Dit kan worden geminimaliseerd door de tolerantie tussen de twee, maar niet zo strak dat je alle lijm wegveegt.
Er is geen manier om de componenten aan te passen of te vervangen zonder de mogelijkheid om 1 of beide componenten te beschadigen. Aanpassing is belangrijk en deze methode laat dit helemaal niet toe.
Assen samenvoegen? Bekijk onze gids voor askoppelingen.
Perspassing
Persfitting is een beproefde methode om tandwielen aan assen te bevestigen. Het wordt in de spoorwegindustrie gebruikt als een methode om geld te besparen wanneer wielsamenstellen verslijten of niet meer rond zijn.
De lasnaad van het hoofdwiel heeft een nauwkeurig bewerkte diameter en daaromheen wordt een dunne band van gehard staal aangebracht. De band of "band" is eigenlijk kleiner dan het bewerkte oppervlak. Hierdoor kan de goedkope band van tijd tot tijd worden vervangen in plaats van het hele wielsamenstel.
In de volgende video is te zien hoe de band door middel van hitte van het wiel wordt verwijderd. De band zal in diameter groter worden naarmate de temperatuur stijgt. Het wiel (binnendiameter) blijft ongeveer even groot omdat het veel meer massa heeft en sneller warmte zal uitstralen.
Op dit punt kan de band worden losgewrikt en op dezelfde manier een nieuwe worden geïnstalleerd.
Omdat hier geen mechanische vergrendeling op zit, is deze 100% gebaseerd op wrijving en kan deze slippen. Het meten en bepalen van de perspassing is moeilijk en er moeten meestal aannames worden gedaan.
Super langzaamGratis online asperspassingcalculatorof Go Pro
Waar Pr de druk tussen de oppervlakken is, is δ de mate van perspassing, d is de asdiameter, dois de buitendiameter van de naaf of het tandwiel, diis de binnendiameter van de as (indien hol), μ is de wrijvingscoëfficiënt tussen de materialen en E en ν zijn de Young's Modulus en Poisson's Ratio van de materialen.
Perspassing tandwielen op een as
Door het materiaal te verwarmen wordt de diameter groter; daarom wordt de hoeveelheid perspassing verminderd, δ. Dit maakt het gemakkelijker om de uitrusting aan of uit te trekken, maar het eindresultaat is hetzelfde als het eenmaal is afgekoeld.
Als je dit thuis doet met plastic tandwielen. Probeer ze eens op te warmen in de oven op ongeveer 175 graden tot 200 graden (79 graden tot 93 graden) en schuif ze vervolgens op de as.
Deze methode is aanpasbaar, maar niet eenvoudig en het kan zijn dat u meerdere componenten moet demonteren, zodat ze niet door de hitte worden vernietigd.
Kruisgeboorde gaten
Een gat boren door zowel de versnellingsnaaf als de as is een geweldige manier om veel koppel te krijgen. Het voorkomt ook dat de as overbelast raakt, omdat de pen zal scheuren (breken) als het koppel te hoog is. Er zijn drie hoofdtypen pinnen die u in deze toepassing kunt gebruiken, hieronder vermeld, van zwak naar sterk.
Kruisgeboord gat met rolpin (veer).
Rolpennen (veer- of sleufpennen) – Dit zijn platte staven die tot een ronde vorm zijn gerold. Ze hebben de neiging open te springen (vandaar de veerpennen), waardoor er voldoende perspassing is zodat de pen er niet uit glijdt. Ik raad deze aan boven de andere twee opties.
Breekpennen – Deze pinnen zijn massief en hebben een inkeping in het midden waar de pin is ontworpen om bij een specifieke kracht te falen. Het is belangrijk om een pen te krijgen waarbij de inkeping zich in hetzelfde vlak bevindt als de asdiameter.
Paspennen – Dit zijn gewoon stevige pennen met een hoge sterkte. Als je gat te groot is, zul je deze waarschijnlijk op hun plaats moeten lijmen (ook breekpennen). Als uw toepassing de richting of belasting omkeert, kunt u ervoor zorgen dat de lijm voortijdig kapot gaat en de pin eruit valt.
Elk van de pinnen heeft een geadverteerde breeksterkte en u kunt de diameter en het type selecteren op basis van de onderstaande vergelijkingen. Fsis de schuifkracht, T is het toegepaste koppel en d is de asdiameter.
Deze methode geeft u veel capaciteit om meer koppel aan te kunnen, maar er is nog steeds geen aanpassing mogelijk zodra het gat is geboord. Als je te vaak een fout maakt, ziet de schacht eruit als Zwitserse Kaas.
Het grote voordeel is dat bijna iedereen deze joint kan maken. Het enige wat je nodig hebt is een boormachine, boren en een hamer.Ik raad aan om eerst een kleinere diameter 1/16 – 3/32 te boren en de uitlijning te controleren met een tandenstoker.Als het goed is, boor het dan uit tot de gewenste diameter. Als dit niet het geval is, draait u naar een ander deel van de as en probeert u het opnieuw.
CompressieNaven
Hoewel dit geen gebruikelijke methode is om tandwielen aan assen te bevestigen, is deze wel beschikbaar. Zodra het tandwiel over de as is geschoven, wordt de stelschroef vastgedraaid en zal wrijving het koppel overbrengen. De coëfficiënt kan onbedoeld worden verlaagd als gevolg van olieachtige schachten of het gebruik van anti-seize. Bij deze methode kunt u het beste verschillende metalen gebruiken.
De kosten voor het maken van de reliëfs in de componenten maken deze werkwijze in de meeste gevallen onbetaalbaar.
Vermijd dit soort verbindingen gewoon!
Stel schroeven in
De bevestigingsmethode met stelschroef (enige) aan een as is heel gebruikelijk bij distributiepoelies, tandwielen en tandwielen.
Het is lastig te bepalen welk koppel je uit een dergelijke koppeling kunt halen. Het resultaat kan enorm variëren vanwege de wrijvingscoëfficiënt, het toegepaste koppel, de smering van de schroefdraad en het type stelschroef. De basisvergelijking is als volgt:
Waar T het uitgaande koppel is, is μ de wrijvingscoëfficiënt, F is de normaalkracht van één stelschroef en d is de diameter van de kop.
De meeste mensen draaien de stelschroef gewoon zo ver mogelijk aan. Zolang de poelie niet wegglijdt door overmatig koppel, is alles in orde. Wanneer dit echter het geval is, zult u snel een groef in de schacht slijten. Hierdoor wordt uw asdiameter kleiner; waardoor het maximale koppel dat u kunt bereiken, wordt verminderd.
Het belangrijkste voordeel is dat deze methode 100% instelbaar is voor rotatie naar de as en over de lengte ervan. Over het algemeen is deze methode alleen beschikbaar met asmaten van 13 mm of minder.
Sleutelbanen
Voor de meeste industriële toepassingen zijn spieschachten de standaard.Verreweg alle standaarduitrusting zal verkrijgbaar zijn in verschillende boringen met sleutelgleuven. Je kunt ze ook kopen met onafgewerkte boringen en desgewenst je eigen spiebaan uitzagen.
Zorg er bij het selecteren van een boringmaat voor dat u geen as selecteert die te groot is voor het tandwiel. Onlangs had ik een systeem dat een 10-tandwiel op een as van 1 inch gebruikte. Het systeem had bij het opstarten enkele drukpieken en scheurde het tandwiel zelfs doormidden.
We konden dit zo gemakkelijk doen omdat het materiaal tussen de buitenkant van de naaf en de spiebaan slechts 1/8 inch dik was. We konden dat verdubbelen tot ¼ door één tand toe te voegen. Dit is een situatie waarin een ingewikkelde spie zou een betere keuze zijn (daarover later meer).
Bij de meeste tandwielen wordt voorkomen dat ze op de as glijden met slechts één of twee stelschroeven. Over het algemeen zit de ene schroef op de sleutel en de andere in een hoek van 90 graden en drukt tegen de as. Voor rechte tandwielen is dit voldoende, maar voor spiraalvormige tandwielen moet er een grotere positieve aangrijping op de as zijn om rekening te houden met de zijbelasting. Mogelijke oplossingen zijn druklagers, kegellagers of borgringen.
