Руководство Comolete по процессам производства зубчатых колес

Концепция зубчатых колес существует уже некоторое время, поскольку они являются одними из старейших механических компонентов, которые актуальны и сегодня. Будь то автомобильная промышленность, аэрокосмическая отрасль, любое промышленное оборудование или что-то простое, например, часы. Шестерни требуются везде, и, возможно, вы хотели бы узнать о производстве шестерен.

Итак, вопрос в том, как производятся шестерни.

Предисловие: Процесс производства зубчатых колес

Для производства зубчатых колес не существует единого процесса, поскольку они требуют разных процессов в зависимости от типа и области применения.

Как правило, зубчатые передачи работают в очень тяжелых условиях, потому что передача мощности (фактическое назначение зубчатой ​​передачи) имеет несколько требований. Во-первых, шестерни должны быть в абсолютно идеальном состоянии. Затем они всегда должны быть надежными, иметь минимальные остаточные напряжения и практически не иметь шансов на распространение трещин.

Естественно, все эти требования крайне сложно выполнить. Однако никто не может отрицать их важность. Вот почему производство зубчатых колес является узкоспециализированной областью с ограниченными допусками и возможностью ошибки.

Эта статья вернет вас к основам производства зубчатых колес, а именно: к материалам, из которых изготавливаются промышленные зубчатые колеса, процессам подготовки зубчатых колес и тому, как зубчатые колеса могут безотказно выдерживать такую ​​нагрузку.

Распространенные типы зубчатых колес и их применение

Прежде чем перейти к подробностям процесса нарезки и изготовления зубчатых колес, важно ознакомиться с основами. Это разные типы зубчатых колес, их применение и преимущества.

Область применения, параметры производительности и множество других факторов играют важную роль в том, какие шестерни вы используете. Существует несколько способов охарактеризовать тип зубчатого колеса, но лучший и наиболее подходящий с точки зрения производства зубчатого колеса — это профиль зубьев.

Вот 5 видов шестерен, с которыми вы столкнетесь.

Цилиндрические шестерни

Нарисуйте в уме примерную картину того, как выглядит шестерня. Есть высокие шансы, что вы думаете о шестерне с прямыми зубьями. Именно так выглядит прямозубая шестерня.

Цилиндрическое зубчатое колесо является наиболее распространенным типом зубчатого колеса и имеет множество применений в силовых установках, аэрокосмических компонентах, промышленных машинах и многом другом. Прямые зубья наиболее просты в изготовлении и выдерживают высокие скорости и большие нагрузки. Однако они производят много шума и не подходят для приложений, где требуется плавная работа.

Кроме того, прямозубые шестерни могут сочетаться с другими шестернями того же типа, а также с внутренними/внешними шестернями. Вы найдете прямозубые шестерни во многих зубчатых механизмах, таких как простая установка с реечной передачей или планетарная система передач.

Их простота означает, что вам будет легче их делать. Таким образом, вам будет легче поддерживать точность при производстве зубчатых колес. Цилиндрические зубчатые колеса также практически не имеют осевой нагрузки, поэтому они весьма эффективны для зубчатой ​​передачи, где вы хотите минимизировать механические потери.

Косозубые шестерни

Косозубые шестерни очень похожи на прямозубые, но имеют зубья, закрученные вокруг цилиндрического тела. Это качество позволяет им легко работать как с параллельными, так и с непараллельными валами. Однако их сопряжение работает только с другими косозубыми шестернями с таким же углом наклона спирали (угол закручивания исходного цилиндра).

В большинстве случаев косозубые шестерни используются так же, как и прямозубые. Однако угловые зубья играют огромную роль в снижении ударной нагрузки и обеспечении более плавной работы. Это также означает меньший шум, но за счет эффективности. По сравнению с цилиндрическими зубчатыми колесами, косозубая зубчатая передача будет иметь больше потерь, и из-за формы ей также потребуются упорные подшипники.

С точки зрения производства косозубые шестерни более прочны, чем прямозубые. Углы спирали довольно трудно воспроизвести с низким допустимым диапазоном допусков. Кроме того, затраты на изготовление и последующее добавление других осевых элементов делают их подходящими для ограниченных операций.

Конические шестерни

Конические шестерни — это не стандартные цилиндрические шестерни. Они наступают на коническую поверхность, что позволяет менять направление передачи на пересекающихся валах. Как правило, конические шестерни работают с углами 90 ⁰  . Однако вы можете использовать их и в других конфигурациях.

Вот некоторые распространенные типы конических зубчатых колес, которые можно найти в различных областях применения.

• Прямые конические шестерни
• Спиральные конические шестерни
• Угловые шестерни
• Коронные шестерни
• Гипоидные шестерни

Червячные шестерни

Червячная передача представляет собой комбинацию двух компонентов. Червячное колесо и винтовая шестерня. Они преимущественно используются в аэрокосмической промышленности, промышленных машинах, лифтах и ​​автомобильном рулевом управлении.

Установка червячного колеса не обеспечивает большой скорости или эффективности. Тем не менее, он предлагает уникальную характеристику, необходимую для самоблокирующихся механизмов. Во многих случаях червяк может вращать колесо, но наоборот не может произойти из-за углов зубчатого колеса. Кроме того, еще одна важная вещь, которую следует отметить, заключается в том, что червячные передачи имеют большое трение, и для правильной работы может потребоваться постоянное трение.

Зубчатая рейка

Система зубчатой ​​рейки — это еще одна комбинация, которая в первую очередь предназначена для преобразования вращательного движения в поступательное и наоборот. Зубья шестерни могут сопрягаться как с прямозубыми, так и со спиральными зубьями, поэтому вы можете работать как на параллельной оси, так и под углом. Некоторые из наиболее распространенных применений этой системы – автомобильные системы, весы и другие подобные системы.

Материалы, используемые для производства зубчатых колес

Для зубчатых колес ограничений по материалам нет. Самые ранние из них были деревянными, и вы можете найти шестерни из различных материалов по всей отрасли. От крупных промышленных шестерен из стали или железа до маленьких пластиковых шестерен в игрушках. Комбинации материалов бесконечны.

Тем не менее, следующие элементы наиболее часто используются в процессах изготовления и формования зубчатых колес:

• Чугун
• Сталь
• Бронза
• Пластмасса

Зубчатые колеса имеют очень специфические критерии для выбора материала. В зависимости от применения, какой бы материал вы ни выбрали, он должен обладать соответствующей прочностью на растяжение и выносливостью.

Кроме того, коэффициент трения является еще одним важным фактором, поскольку шестерни нуждаются в постоянном контакте. Наконец, вы также должны выбирать материалы, которые легко обрабатывать. С прочным материалом с низкой технологичностью будет сложнее иметь дело, потому что изготовление шестерен требует предельной точности и аккуратности.

Вышеупомянутые материалы обладают идеальным балансом этих свойств для своего применения. Вот почему вы обычно видите их на большинстве передач, с которыми сталкиваетесь.

RapidDirect может предложить все эти материалы, используемые в процессе производства зубчатых колес. Загрузите файл с дизайном, чтобы получить предложение по вашему проекту шестерни.

Попробуйте RapidDirect прямо сейчас!

Вся информация и загрузки защищены и конфиденциальны.

Общие процессы производства зубчатых колес

Производство шестерен довольно сложно из-за требуемой точности. Сегодня производство зубчатых колес само по себе является отраслью, которая опирается на множество процессов, как традиционных, так и современных, для обеспечения правильного баланса между стоимостью, качеством и операциями.

Вот список распространенных процессов нарезания и изготовления зубчатых колес вместе с их очевидными преимуществами и недостатками.

1 – Литье

Литье – это более простой процесс, который в основном используется для изготовления заготовок или цилиндров для зубчатых колес, а зубья изготавливаются механической обработкой. Тем не менее, это жизнеспособный процесс производства зубчатых колес для многих приложений из-за его возможностей массового производства и относительной простоты.

Однако есть одна область, в которой литье является наиболее предпочтительным методом производства в промышленности. Это производство очень больших шестерен. Методы механической обработки и другие методы формирования зубчатых колес неэффективны в случае больших диаметров. Как правило, большие шестерни почти всегда прямозубые. Таким образом, их относительная простота делает кастинг очень хорошим вариантом.

Среди наиболее распространенных методов литья для производства зубчатых колес наиболее распространены литье в оболочку, литье под давлением, литье в песчаные формы и литье в постоянные формы. Другие методы имеют ограниченное применение в некоторых приложениях. Однако вышеперечисленные являются наиболее распространенными в отрасли.

2 – Ковка

Это еще один процесс формовки, который может дать вам как заготовки, так и подготовленные шестерни в зависимости от ваших требований. Ковка вполне жизнеспособна в тех случаях, когда у вас есть относительно простые шестерни.

Теоретически ковка является отличным процессом изготовления зубчатых колес для тяжелых условий эксплуатации по простой причине. Ковка требует термической обработки, а значит, полученная шестерня будет иметь лучшие усталостные свойства. Однако огромная сила, необходимая для процесса ковки, ограничивает размер и тонкость этого процесса.

Как правило, ковка хорошо подходит для зубчатых колес диаметром от 6 до 10 футов. В зависимости от типа ковки, например прецизионной ковки, вам может понадобиться или не понадобиться обрабатывать шестерни в конце.

3 – Экструзия и холодное волочение

Это еще один процесс формования зубчатых колес, который является одновременно универсальным и простым. На самом деле экструзия имеет меньший расход инструмента, но это не значит, что это самый экономичный процесс.

Экструзия, как следует из названия, представляет собой процесс пропускания нагретого металлического профиля через меньшую заданную форму. В результате вы получите брусок нужной формы с закаленной и гладкой внешней поверхностью.

Процесс холодного волочения очень похож на экструзию. Есть два отличия. Экструзия проталкивает заготовку через штамп, вытягивая ее. Другое отличие — температура. Холодное волочение не нагревает заготовку. Тем самым повышая механические свойства за счет стоимости.

4 – Порошковая металлургия

Порошковая металлургия – это передовой процесс, который за последние годы значительно продвинулся вперед. Сегодня он используется во многих производственных процессах, включая производство шестерен.

Итак, как работает порошковая металлургия? С точки зрения, это довольно просто. Однако тут есть много тонкостей.

Все начинается с металлического порошка. Первый шаг — взять весь порошок и придать ему окончательную форму, которую вы желаете. Когда вы закончите, следующий шаг гарантирует, что вся установка будет достаточно компактной, поскольку это приведет к лучшим механическим свойствам. Тщательно нагрейте всю установку, и все готово.

Порошковая металлургия чрезвычайно эффективна, проста и жизнеспособна для больших объемов. Вам не нужно беспокоиться о какой-либо постобработке, так как продукт будет готов к использованию. Однако полученные шестерни не могут выдерживать слишком большую нагрузку, а также существуют ограничения по размеру.

Кроме того, начальная стоимость любой установки для порошковой металлургии довольно высока, что делает ее непригодной для любого мелкосерийного производства.

5 – Вырубка

Вырубка очень похожа на экструзию, но имеет ограниченные трехмерные возможности. В этом процессе формирования зубчатых колес используется листовой металл для создания желаемой формы с помощью нескольких штампов. Вы можете производить различные типы зубчатых колес с помощью процесса вырубки. Тем не менее, прямозубые шестерни дают наилучшие результаты.

Сегодня процесс штамповки при производстве зубчатых колес используется во многих отраслях промышленности для изготовления легких изделий. Например, офисное оборудование, гидравлика, небольшие медицинские устройства и другие приложения с низкими требованиями к нагрузке.

6 – Обработка зубчатых колес

Механическая обработка является одним из наиболее распространенных процессов изготовления зубчатых колес из-за его универсальности. Традиционная обработка была довольно распространена для нарезания и изготовления зубчатых колес, но достижения в области обработки с ЧПУ повысили ее популярность.

Следующие 4 метода нарезания зубчатых колес являются наиболее распространенными в отрасли.