Không giống như các bánh răng và trục Lego được hiển thị bên dưới, hầu hết các động cơ đều có trục tròn hoàn hảo. Điều này làm cho việc gắn bánh răng, ròng rọc và đĩa xích trở nên khó khăn.
Các phương pháp chính để gắn bánh răng vào trục là dùng chất kết dính, lắp ép, khoan lỗ chéo, nén, vít định vị, rãnh then, trục xoay liên quan và ống lót khóa côn. Hầu hết các ứng dụng công nghiệp sẽ sử dụng rãnh then và/hoặc vít định vị. Trong khi chất kết dính và lắp ép thường được thực hiện trên các ứng dụng có mô-men xoắn thấp hoặc theo sở thích.
Chúng ta hãy điều tra từng phương pháp cân nhắc ưu và nhược điểm. Tôi cũng sẽ sử dụng các điều khoản; bánh răng, ròng rọc, đĩa xích và cam, có thể thay thế cho nhau vì bài viết này đề cập đến cách lắp thiết bị chứ không phải chức năng của thiết bị.
Chất kết dính
Chất kết dính chủ yếu được sử dụng trong các ứng dụng sở thích với bánh răng bằng nhựa. Không chỉ vì bánh răng nhựa không thể chịu được nhiều mô-men xoắn mà còn vì kích thước trục vẫn có đường kính nhỏ.
Vì đường kính trục làm tăng độ bền tương đối của mối nối keo và độ bền của trục bằng khoảng 3/16” (5 mm) khi sử dụng độ bền keo bảo thủ là 1000 psi (7 N/mm) và trục bằng thép C1018 ( 54 ksi, 370 MPa).
Kết luận: sử dụng keo dán là lựa chọn tốt cho trục nhỏ
Như đã đề cập, hầu hết các nhà sản xuất chất kết dính sẽ quảng cáo cường độ cắt cuộn giấy ít nhất là 1000 psi và một số cao tới 3000+ psi. Thử nghiệm cắt lớp phủ được thực hiện bằng cách gắn hai thanh dài mảnh với nhau bằng keo trên một diện tích có thể đo được. Các đầu của thanh được kéo ra cho đến khi hỏng. Lực được chia cho diện tích và kết quả là cường độ cắt của lớp lót.
Ở đây tôi thường thiết kế dựa trên số lượng cường độ cắt được quảng cáo thấp vì có nhiều yếu tố có thể làm giảm cường độ thực tế. Trong số này có sự chuẩn bị bề mặt, ứng dụng diện tích bề mặt, nhiệt độ và độ ẩm.
Trước khi bôi keo, bạn cần làm nhám bề mặt của ròng rọc và trục bằng giấy nhám (~200 – 300 grit) hoặc giũa mịn. Điều này sẽ tạo ra những vết khía nhỏ trên keo để bám vào. Sau đó, bạn sẽ muốn làm sạch và tẩy dầu mỡ bằng sữa rửa mặt rồi lau khô hoàn toàn. Tôi thường thích sử dụng chất tẩy rửa phanh vì tôi có sẵn nó.
Để tìm hiểu xem ứng dụng của bạn có chịu được mô-men xoắn tác dụng hay không. Sử dụng các công thức sau.
Trong đó Diện tích là diện tích bề mặt giữa trục và ròng rọc, d là đường kính trục, L là chiều dài chồng lên nhau của trục và ròng rọc, F là lực cắt bên trong giữa trục và ròng rọc, Sslà độ bền cắt của chất kết dính và T là lực tác dụng (hoặc mô-men xoắn cực đại).
Sử dụng cường độ cắt của chất kết dính trung bình là 1{1}}00 psi, đường kính 0,19 inch và chiều dài chồng lên nhau là 0,38 inch, chúng ta có thể thấy rằng Mô-men xoắn tối đa là 43,1 inch.
Có ba nhược điểm chính của việc sử dụng phương pháp kết dính để nối ròng rọc với trục
Mô-men xoắn bị giới hạn bởi đường kính và cường độ bám dính như đã đề cập
Có khả năng trục và ròng rọc lệch tâm và/hoặc vuông góc. Điều này có thể được giảm thiểu bằng dung sai giữa hai bên, nhưng không quá chặt đến mức bạn sẽ lau hết keo.
Không có cách nào để điều chỉnh hoặc thay thế các bộ phận mà không có khả năng làm hỏng 1 hoặc cả hai bộ phận. Việc điều chỉnh là quan trọng và phương pháp này hoàn toàn không cho phép điều đó.
Lắp báo chí
Lắp ép là một phương pháp đã được thử nghiệm và thực sự để gắn bánh răng vào trục. Nó đã được sử dụng trong ngành đường sắt như một phương pháp để tiết kiệm tiền khi cụm bánh xe bị mòn hoặc không tròn.
Mối hàn bánh xe chính có đường kính được gia công chính xác và sau đó một dải thép cứng mỏng được áp dụng xung quanh nó. Dải hoặc "lốp" thực sự nhỏ hơn bề mặt được gia công. Điều này cho phép đôi khi thay thế dải rẻ tiền thay vì toàn bộ cụm bánh xe.
Video sau đây cho thấy cách tháo lốp ra khỏi bánh xe bằng cách sử dụng nhiệt. Dải sẽ mở rộng đường kính khi nhiệt độ tăng. Bánh xe (đường kính trong) sẽ có kích thước gần như cũ vì nó có khối lượng lớn hơn rất nhiều và sẽ tỏa nhiệt nhanh hơn.
Tại thời điểm này, băng tần có thể được tháo ra và lắp một băng tần mới bằng phương pháp tương tự.
Vì không có khóa cơ nên nó 100% dựa vào ma sát và có thể trượt. Việc đo lường và xác định độ khít của máy ép là khó khăn và thường cần phải đưa ra các giả định.
Trong đó Pr là áp suất giữa các bề mặt, δ là độ khít ép, d là đường kính trục, dolà đường kính ngoài của trục hoặc bánh răng, dilà đường kính trong của trục (nếu rỗng), μ là hệ số ma sát giữa các vật liệu và E và ν là Mô đun Young và Tỷ số Poisson của vật liệu.
Nhấn bánh răng vừa vặn trên trục
Làm nóng vật liệu sẽ làm tăng đường kính; do đó, giảm mức độ phù hợp của báo chí, δ. Điều này làm cho việc bật hoặc tắt thiết bị dễ dàng hơn nhưng kết quả cuối cùng vẫn như nhau khi nó nguội đi.
Nếu làm việc này ở nhà với bánh răng nhựa. Hãy thử làm nóng chúng trong lò ở khoảng 175 độ đến 200 độ (79 độ đến 93 độ) rồi trượt chúng trên trục.
Phương pháp này có thể điều chỉnh được nhưng không dễ dàng và bạn có thể phải tháo rời nhiều bộ phận để nhiệt không làm hỏng chúng.
Lỗ khoan chéo
Khoan một lỗ xuyên qua cả trục bánh răng và trục là một cách tuyệt vời để nhận được nhiều mô-men xoắn. Nó cũng giúp trục không bị quá tải vì chốt sẽ bị cắt (gãy) nếu mô-men xoắn quá lớn. Có ba loại chân chính được sử dụng trong ứng dụng này được liệt kê bên dưới từ yếu nhất đến mạnh nhất.
Lỗ khoan chéo có chốt cuộn (lò xo)
Ghim cuộn (lò xo hoặc có rãnh) - Đây là những thanh phẳng đã được cuộn thành hình tròn. Chúng có xu hướng mở bằng lò xo (do đó là chốt lò xo) cho phép ấn vừa đủ để chốt không bị trượt ra ngoài. Tôi khuyên bạn nên sử dụng những lựa chọn này thay vì hai lựa chọn còn lại.
Chốt cắt – Những chốt này chắc chắn và có một rãnh ở điểm giữa, nơi chốt được thiết kế để không bị hỏng trước một lực cụ thể. Điều quan trọng là phải lấy chốt có rãnh ở cùng mặt phẳng với đường kính trục.
Chốt chốt – Đây chỉ là những chốt rắn có độ bền cao. Nếu lỗ của bạn quá lớn, bạn có thể sẽ phải dán những cái này vào đúng vị trí (cả ghim cắt nữa). Nếu ứng dụng của bạn đảo ngược hướng hoặc tải, bạn có thể khiến keo bị hỏng sớm và chốt rơi ra ngoài.
Mỗi chốt sẽ có độ bền đứt được quảng cáo và bạn có thể chọn đường kính cũng như loại dựa trên các phương trình bên dưới. Fslà lực cắt, T là mô men xoắn tác dụng và d là đường kính trục.
Phương pháp này cung cấp cho bạn nhiều khả năng để xử lý nhiều mô-men xoắn hơn nhưng vẫn không đưa ra bất kỳ điều chỉnh nào sau khi lỗ được khoan. Nếu bạn làm lộn xộn quá nhiều lần, trục sẽ trông giống như pho mát Thụy Sĩ.
Lợi ích chính là gần như bất cứ ai cũng có thể làm được mối nối này. Tất cả những gì bạn cần là một mũi khoan, mũi khoan và một cái búa.Tôi khuyên bạn nên khoan đường kính nhỏ hơn 1/16 – 3/32 trước và kiểm tra căn chỉnh của bạn bằng tăm.Nếu nó tốt, hãy khoan nó theo đường kính bạn muốn. Nếu không, hãy xoay sang phần khác của trục và thử lại.
Cách gắn bánh răng, đĩa xích và ròng rọc vào trục
Được viết bởi Corey Rasmussen trong Gears, Thiết kế cơ khí Cập nhật lần cuối vào ngày 22 tháng 8 năm 2024
Không giống như các bánh răng và trục Lego được hiển thị bên dưới, hầu hết các động cơ đều có trục tròn hoàn hảo. Điều này làm cho việc gắn bánh răng, ròng rọc và đĩa xích trở nên khó khăn.
Các phương pháp chính để gắn bánh răng vào trục là dùng chất kết dính, lắp ép, khoan lỗ chéo, nén, vít định vị, rãnh then, trục xoay liên quan và ống lót khóa côn. Hầu hết các ứng dụng công nghiệp sẽ sử dụng rãnh then và/hoặc vít định vị. Trong khi chất kết dính và lắp ép thường được thực hiện trên các ứng dụng có mô-men xoắn thấp hoặc theo sở thích.
Chúng ta hãy điều tra từng phương pháp cân nhắc ưu và nhược điểm. Tôi cũng sẽ sử dụng các điều khoản; bánh răng, ròng rọc, đĩa xích và cam, có thể thay thế cho nhau vì bài viết này đề cập đến cách lắp thiết bị chứ không phải chức năng của thiết bị.
Chất kết dính
Chất kết dính chủ yếu được sử dụng trong các ứng dụng sở thích với bánh răng bằng nhựa. Không chỉ vì bánh răng nhựa không thể chịu được nhiều mô-men xoắn mà còn vì kích thước trục vẫn có đường kính nhỏ.
Hình ảnh được phép của Creative Commons
Vui mừng khi tìm hiểu thêm về Gears?
Đăng ký Lớp học tổng thể về thiết kế bánh răng toàn diện MIỄN PHÍ của Kỹ sư được cố vấn (Giá trị $500) bao gồm Máy tính bánh răng hành tinh của anh ấy (Giá trị $250) và Bản tin kỹ sư được cố vấn hàng tuần
Tên:
Email tốt nhất:
Lớp học tổng thể về thiết kế bánh răng toàn diện là một chuỗi video và văn bản gồm 17 phần mà bạn sẽ học:
Làm thế nào để kích thước bánh răng sao cho chúng ăn khớp với nhau
Tính ứng suất lên bánh răng
Tính tỷ số truyền trong hệ hành tinh
Sau khi hoàn thành khóa học này, bạn sẽ có thể thiết kế và xác định chính xác hộp số cho các ứng dụng của mình ngay lần đầu tiên.
Khóa học và máy tính có tổng giá trị trên $750! MIỄN PHÍ
Chúng tôi tôn trọng quyền riêng tư email của bạn
Vì đường kính trục làm tăng độ bền tương đối của mối nối keo và độ bền của trục bằng khoảng 3/16” (5 mm) khi sử dụng độ bền keo bảo thủ là 1000 psi (7 N/mm) và trục bằng thép C1018 ( 54 ksi, 370 MPa).
Kết luận: sử dụng keo dán là lựa chọn tốt cho trục nhỏ
Như đã đề cập, hầu hết các nhà sản xuất chất kết dính sẽ quảng cáo cường độ cắt cuộn giấy ít nhất là 1000 psi và một số cao tới 3000+ psi. Thử nghiệm cắt lớp phủ được thực hiện bằng cách gắn hai thanh dài mảnh với nhau bằng keo trên một diện tích có thể đo được. Các đầu của thanh được kéo ra cho đến khi hỏng. Lực được chia cho diện tích và kết quả là cường độ cắt của lớp lót.
Ở đây tôi thường thiết kế dựa trên số lượng cường độ cắt được quảng cáo thấp vì có nhiều yếu tố có thể làm giảm cường độ thực tế. Trong số này có sự chuẩn bị bề mặt, ứng dụng diện tích bề mặt, nhiệt độ và độ ẩm.
Trước khi bôi keo, bạn cần làm nhám bề mặt của ròng rọc và trục bằng giấy nhám (~200 – 300 grit) hoặc giũa mịn. Điều này sẽ tạo ra những vết khía nhỏ trên keo để bám vào. Sau đó, bạn sẽ muốn làm sạch và tẩy dầu mỡ bằng sữa rửa mặt rồi lau khô hoàn toàn. Tôi thường thích sử dụng chất tẩy rửa phanh vì tôi có sẵn nó.
Để tìm hiểu xem ứng dụng của bạn có chịu được mô-men xoắn tác dụng hay không. Sử dụng các công thức sau.
Trong đó Diện tích là diện tích bề mặt giữa trục và ròng rọc, d là đường kính trục, L là chiều dài chồng lên nhau của trục và ròng rọc, F là lực cắt bên trong giữa trục và ròng rọc, Sslà độ bền cắt của chất kết dính và T là lực tác dụng (hoặc mô-men xoắn cực đại).
Sử dụng cường độ cắt của chất kết dính trung bình là 1{1}}00 psi, đường kính 0,19 inch và chiều dài chồng lên nhau là 0,38 inch, chúng ta có thể thấy rằng Mô-men xoắn tối đa là 43,1 inch.
Có ba nhược điểm chính của việc sử dụng phương pháp kết dính để nối ròng rọc với trục
Mô-men xoắn bị giới hạn bởi đường kính và cường độ bám dính như đã đề cập
Có khả năng trục và ròng rọc lệch tâm và/hoặc vuông góc. Điều này có thể được giảm thiểu bằng dung sai giữa hai bên, nhưng không quá chặt đến mức bạn sẽ lau hết keo.
Không có cách nào để điều chỉnh hoặc thay thế các bộ phận mà không có khả năng làm hỏng 1 hoặc cả hai bộ phận. Việc điều chỉnh là quan trọng và phương pháp này hoàn toàn không cho phép điều đó.
Nối các trục lại với nhau? Hãy xem hướng dẫn của chúng tôi về khớp nối trục.
Lắp báo chí
Lắp ép là một phương pháp đã được thử nghiệm và thực sự để gắn bánh răng vào trục. Nó đã được sử dụng trong ngành đường sắt như một phương pháp để tiết kiệm tiền khi cụm bánh xe bị mòn hoặc không tròn.
Mối hàn bánh xe chính có đường kính được gia công chính xác và sau đó một dải thép cứng mỏng được áp dụng xung quanh nó. Dải hoặc "lốp" thực sự nhỏ hơn bề mặt được gia công. Điều này cho phép đôi khi thay thế dải rẻ tiền thay vì toàn bộ cụm bánh xe.
Video sau đây cho thấy cách tháo lốp ra khỏi bánh xe bằng cách sử dụng nhiệt. Dải sẽ mở rộng đường kính khi nhiệt độ tăng. Bánh xe (đường kính trong) sẽ có kích thước gần như cũ vì nó có khối lượng lớn hơn rất nhiều và sẽ tỏa nhiệt nhanh hơn.
Tại thời điểm này, băng tần có thể được tháo ra và lắp một băng tần mới bằng phương pháp tương tự.
Vì không có khóa cơ nên nó 100% dựa vào ma sát và có thể trượt. Việc đo lường và xác định độ khít của máy ép là khó khăn và thường cần phải đưa ra các giả định.
Siêu chậmMáy tính vừa vặn trục ép trực tuyến miễn phíhoặc Đi chuyên nghiệp
Trong đó Pr là áp suất giữa các bề mặt, δ là độ khít ép, d là đường kính trục, dolà đường kính ngoài của trục hoặc bánh răng, dilà đường kính trong của trục (nếu rỗng), μ là hệ số ma sát giữa các vật liệu và E và ν là Mô đun Young và Tỷ số Poisson của vật liệu.
Nhấn bánh răng vừa vặn trên trục
Làm nóng vật liệu sẽ làm tăng đường kính; do đó, giảm mức độ phù hợp của báo chí, δ. Điều này làm cho việc bật hoặc tắt thiết bị dễ dàng hơn nhưng kết quả cuối cùng vẫn như nhau khi nó nguội đi.
Nếu làm việc này ở nhà với bánh răng nhựa. Hãy thử làm nóng chúng trong lò ở khoảng 175 độ đến 200 độ (79 độ đến 93 độ) rồi trượt chúng trên trục.
Phương pháp này có thể điều chỉnh được nhưng không dễ dàng và bạn có thể phải tháo rời nhiều bộ phận để nhiệt không làm hỏng chúng.
Lỗ khoan chéo
Khoan một lỗ xuyên qua cả trục bánh răng và trục là một cách tuyệt vời để nhận được nhiều mô-men xoắn. Nó cũng giúp trục không bị quá tải vì chốt sẽ bị cắt (gãy) nếu mô-men xoắn quá lớn. Có ba loại chân chính được sử dụng trong ứng dụng này được liệt kê bên dưới từ yếu nhất đến mạnh nhất.
Lỗ khoan chéo có chốt cuộn (lò xo)
Ghim cuộn (lò xo hoặc có rãnh) - Đây là những thanh phẳng đã được cuộn thành hình tròn. Chúng có xu hướng mở bằng lò xo (do đó là chốt lò xo) cho phép ấn vừa đủ để chốt không bị trượt ra ngoài. Tôi khuyên bạn nên sử dụng những lựa chọn này thay vì hai lựa chọn còn lại.
Chốt cắt – Những chốt này chắc chắn và có một rãnh ở điểm giữa, nơi chốt được thiết kế để không bị hỏng trước một lực cụ thể. Điều quan trọng là phải lấy chốt có rãnh ở cùng mặt phẳng với đường kính trục.
Chốt chốt – Đây chỉ là những chốt rắn có độ bền cao. Nếu lỗ của bạn quá lớn, bạn có thể sẽ phải dán những cái này vào đúng vị trí (cả ghim cắt nữa). Nếu ứng dụng của bạn đảo ngược hướng hoặc tải, bạn có thể khiến keo bị hỏng sớm và chốt rơi ra ngoài.
Mỗi chốt sẽ có độ bền đứt được quảng cáo và bạn có thể chọn đường kính cũng như loại dựa trên các phương trình bên dưới. Fslà lực cắt, T là mô men xoắn tác dụng và d là đường kính trục.
Phương pháp này cung cấp cho bạn nhiều khả năng để xử lý nhiều mô-men xoắn hơn nhưng vẫn không đưa ra bất kỳ điều chỉnh nào sau khi lỗ được khoan. Nếu bạn làm lộn xộn quá nhiều lần, trục sẽ trông giống như pho mát Thụy Sĩ.
Lợi ích chính là gần như bất cứ ai cũng có thể làm được mối nối này. Tất cả những gì bạn cần là một mũi khoan, mũi khoan và một cái búa.Tôi khuyên bạn nên khoan đường kính nhỏ hơn 1/16 – 3/32 trước và kiểm tra căn chỉnh của bạn bằng tăm.Nếu nó tốt, hãy khoan nó theo đường kính bạn muốn. Nếu không, hãy xoay sang phần khác của trục và thử lại.
nénTrung tâm
Mặc dù không phải là phương pháp phổ biến để gắn bánh răng vào trục nhưng nó vẫn có sẵn. Khi bánh răng trượt qua trục, vít định vị được siết chặt và ma sát sẽ truyền mô-men xoắn. Hệ số này có thể vô tình bị giảm do trục dính dầu hoặc sử dụng chất chống kẹt. Tốt nhất là sử dụng các kim loại khác nhau khi sử dụng phương pháp này.
Chi phí thực hiện các hình phù điêu trong các bộ phận khiến phương pháp loại này có giá thành quá cao trong hầu hết các trường hợp.
Chỉ cần tránh loại khớp này!
Bộ vít
Phương pháp vít định vị (chỉ) để gắn vào trục rất phổ biến với các ròng rọc định thời, bánh răng và đĩa xích.
Thật khó để xác định loại mô-men xoắn bạn có thể nhận được từ một khớp nối như thế này. Kết quả có thể rất khác nhau do hệ số ma sát, mô-men xoắn tác dụng, bôi trơn ren và loại vít định vị. Phương trình cơ bản như sau:
Trong đó T là mômen đầu ra, μ là hệ số ma sát, F là lực pháp tuyến tác dụng lên một vít định vị và d là đường kính hãm.
Hầu hết mọi người chỉ cần siết chặt vít định vị càng nhiều càng tốt. Miễn là ròng rọc không trượt do mô-men xoắn quá lớn thì mọi chuyện sẽ ổn. Tuy nhiên, khi điều đó xảy ra, bạn sẽ nhanh chóng mòn một rãnh vào trục. Điều này làm cho đường kính trục của bạn nhỏ hơn; do đó làm giảm mô-men xoắn tối đa bạn có thể đạt được.
Lợi ích chính là phương pháp này có thể điều chỉnh 100% khả năng quay của trục và dọc theo chiều dài của nó. Nói chung, phương pháp này chỉ khả dụng với kích thước trục 1/2 inch (13mm) trở xuống.
Phím tắt
Đối với hầu hết các ứng dụng công nghiệp, tiêu chuẩn là trục có khóa.Cho đến nay, bất kỳ thiết bị nào hiện có đều sẽ có sẵn với nhiều loại lỗ khoan có kích thước khác nhau với khe cắm chìa khóa. Bạn cũng có thể mua chúng với những lỗ khoan chưa hoàn thiện và tự cắt rãnh then nếu muốn.
Khi chọn kích thước lỗ khoan, hãy đảm bảo rằng bạn không chọn trục quá lớn so với bánh răng. Gần đây, tôi có một hệ thống sử dụng bánh răng 10-trên trục 1". Hệ thống này có một số xung áp suất trong đó khi khởi động và thực tế đã làm bánh xích bị nứt làm đôi.
Nó có thể thực hiện điều này một cách dễ dàng vì vật liệu giữa bên ngoài trục và rãnh then chỉ dày 1/8". Chúng tôi có thể tăng gấp đôi con số đó lên ¼ bằng cách thêm một răng. Đây là tình huống mà một đường trục không liên quan sẽ là một lựa chọn tốt hơn (sẽ nói thêm về điều đó sau).
Hầu hết các bánh răng được giữ không trượt trên trục chỉ bằng một hoặc hai ốc vít. Nói chung, một ốc vít sẽ nằm trên phím và vít kia sẽ vuông góc 90 độ với nó và ấn vào trục. Đối với bánh răng trụ, điều này là đủ, nhưng đối với bánh răng xoắn ốc, cần có sự ăn khớp dương hơn trên trục để chịu tải trọng bên. Các giải pháp khả thi là vòng bi chặn, vòng bi côn hoặc vòng chặn.
