1. Hvad er et gear?
Gear er mekaniske dele med tænder, der går i indgreb med hinanden. Det er meget udbredt i mekanisk transmission og hele det mekaniske område.
2. Gears historie
Allerede i 350 f.Kr. havde den berømte oldgræske filosof Aristoteles registreret tandhjul i litteraturen. Omkring 250 f.Kr. beskrev matematikeren Archimedes også hejsen ved hjælp af snekkegearet i litteraturen. Der er stadig gear fra BC i ruinerne af Ketsifin i dagens Irak.
billede
Gear har en lang historie i vores land. Ifølge historiske optegnelser er tandhjul blevet brugt i det gamle Kina så langt tilbage som 400-200 f.Kr. Bronzeudstyret, der blev gravet frem i Shanxi, mit land, er det ældste udstyr, der nogensinde er opdaget. Som en kompasbil, der afspejler resultaterne af gammel videnskab og teknologi, gearmekanismen Kernemekanismen. Under den italienske renæssance i anden halvdel af det 15. århundrede opnåede den berømte altmuligmand Leonardo da Vinci ikke kun uudslettelige præstationer inden for kultur og kunst, men også i gearteknologiens historie. Efter mere end 500 år bevarer det nuværende The gear stadig prototypen af skitsen på det tidspunkt.
billede
billede
Det var først i slutningen af det 17. århundrede, at folk begyndte at studere formen på tandhjulstænder, der kunne overføre bevægelse korrekt. I det 18. århundrede, efter den europæiske industrielle revolution, blev anvendelsen af geartransmission mere og mere omfattende; først blev der udviklet cycloid-gear, og derefter blev der udviklet evolvente gear. Indtil begyndelsen af det 20. århundrede havde evolvente gear udnyttet anvendelsen. Senere blev forskydningsgear, cirkulære buetandhjul, koniske tandhjul, spiralformede tandhjul og så videre udviklet.
Moderne gearteknologi har nået: gearmodul 0.004-100 mm; gear diameter fra 1 mm til 150 meter; transmissionseffekt op til 100,000 kilowatt; hastighed op til 100,000 rpm; maksimal periferihastighed op til 300 m/s.
Internationalt udvikler kraftoverførselsgear sig i retning af miniaturisering, høj hastighed og standardisering. Anvendelsen af specialgear, udviklingen af planetgear og udviklingen af lavvibrations- og lavstøjsgear er nogle af kendetegnene ved geardesign.
3. Gear er generelt opdelt i tre kategorier
Der findes mange slags gear, og den mest almindelige klassificeringsmetode er efter gearakslen. Det er generelt opdelt i tre typer: parallel akse, skærende akse og forskudt akse.
1) Parallelle akse gear: inklusive cylindriske tandhjul, spiralformede tandhjul, indvendige tandhjul, tandstang og spiralformet tandhjul osv.
2) Tandhjul med krydsende akser: der er lige koniske tandhjul, spiralformede tandhjul, nulgraders koniske tandhjul osv.
3) Forskudte akse gear: der er forskudte akse spiralgear, snekkegear, hypoid gear osv.
billede
Effektiviteten anført i ovenstående tabel er transmissionseffektiviteten, eksklusive tab af lejer og omrøringssmøring. Indgrebet af gearpar med parallelle aksler og krydsende aksler er stort set rullende, og den relative glidning er meget lille, så effektiviteten er høj. Krydsakse gearpar såsom krydsakse spiralgear og snekkegear, fordi de roterer gennem relativ glidning for at opnå kraftoverførsel, så påvirkningen af friktion er meget stor, og transmissionseffektiviteten falder sammenlignet med andre gear. Gearets effektivitet er gearets transmissionseffektivitet under normale monteringsforhold. Hvis installationen er forkert, især når monteringsafstanden af det koniske gear er forkert, hvilket resulterer i en fejl i skæringspunktet for den samme kegle, vil dets effektivitet blive væsentligt reduceret.
3.1 Tandhjul med parallelle akser
1) Spurgear
Tandlinjen og akslens midterlinje er parallelle med det cylindriske tandhjul. Fordi det er let at behandle, er det mest udbredt i kraftoverførsel.
billede
2) Stativ
Et lineært tandstangsgear, der går i indgreb med et cylindrisk tandhjul. Det kan betragtes som et særligt tilfælde, når det cylindriske tandhjuls stigningscirkeldiameter bliver uendelig.
billede
3) Indvendigt gear
Et tandhjul med tænder behandlet på indersiden af en ring, der går i indgreb med et cylindrisk tandhjul. Anvendes hovedsageligt i applikationer som planetgeartransmissioner og gearkoblinger.
billede
4) Spiralformet gear
Et cylindrisk tandhjul med en spiralformet tandlinje. De er meget brugt, fordi de er stærkere end cylindriske tandhjul og kører mere jævnt. Aksialtryk genereres under transmission.
billede
5) spiralformet stativ,
Et stanggear, der går i indgreb med et spiralformet tandhjul. Det svarer til situationen, hvor stigningsdiameteren af det spiralformede tandhjul bliver uendelig.
billede
6) Sildebensgrej
Tandlinjen er en kombination af venstre- og højrehåndede skruehjul. Der er en fordel, at tryk ikke genereres i aksial retning.
billede
3.2 Skærende akseltandhjul
1) Lige vinkelgear
Et konisk tandhjul, hvis tandlinje falder sammen med generatrixlinjen for pitch-keglelinjen. Blandt koniske tandhjul er de forholdsvis nemme at fremstille. Derfor kan den bruges i en lang række applikationer som vinkelgear til transmission.
billede
2) Spiral vinkelgear
Tandprofilen er buet, konisk tandhjul med skruevinkel. Selvom det er sværere at fremstille end lige vinkelgear, bruges det også i vid udstrækning som højstyrke, støjsvagt gear.
billede
3) Nul graders vinkelgear
Buet vinkelgear med en skruevinkel på nul grader. Fordi det har egenskaberne af lige tænder og buede koniske tandhjul på samme tid, er belastningen på tandoverfladen den samme som for lige koniske tandhjul.
billede
3.3 Tværakse gear
1) Cylindrisk ormepar
Et cylindrisk ormepar er en generel betegnelse for en cylindrisk orm og snekkegearet i indgreb med det. Den største egenskab er, at den kører problemfrit og kan opnå et stort udvekslingsforhold med et enkelt par, men det har ulempen ved lav effektivitet.
billede
2) Tværakse spiralformet gear
Navnet på det cylindriske snekkepar, når det drives mellem forskudte aksler. Kan bruges med spiralformede tandhjulspar eller spiralformede og cylindriske tandhjulspar. Selvom driften er stabil, er den kun egnet til brug under lette belastningsforhold.
billede
3.4 Andre specialgear
1) Ansigtsudstyr
Et skiveformet tandhjul, der kan gå i indgreb med cylindriske eller spiralformede tandhjul. Transmission mellem ortogonale aksler og forskudte aksler.
billede
2) Tromleformet ormepar
Den generelle betegnelse for trommesneglen og snekkegearet var i indgreb med den. Selvom det er vanskeligere at fremstille, kan det overføre store belastninger sammenlignet med cylindriske ormepar.
billede
3) Hypoid gear
Koniske tandhjul, der kører mellem forskudte aksler. De store og små tandhjul behandles excentrisk, svarende til spiralgearene, og indgrebsprincippet er meget kompliceret.
billede
4. Grundlæggende terminologi og størrelsesberegning af gear
Gears har mange udtryk og udtryk, der er unikke for gear. For at lade alle vide mere om gear, er her nogle almindeligt anvendte grundlæggende udtryk for gear.
1) Navnet på hver del af gearet
billede
2) Betegnelsen for størrelsen af en tandhjulstand er modulet
m1, m3, m8... kaldes modul 1, modul 3, modul 8. Modulus er et almindeligt navn over hele verden. Symbolet m (modul) og tallet (mm) bruges til at angive størrelsen af tandhjulets tænder. Jo større tal, jo større tandhjul.
I lande, der bruger kejserlige enheder (såsom USA), bruges symboler (diameter stigning) og tal (antal tænder i et tandhjul med en stigningscirkeldiameter på 1 tomme) til at angive størrelsen af tænderne . For eksempel: DP24, DP8 osv. Der er også specielle opkaldsmetoder, der bruger symboler (punktum) og tal (millimeter) til at angive størrelsen på tandhjulstænderne, såsom CP5 og CP10.
Tandstigningen (p) kan opnås ved at gange modulet med pi, og tandstigningen er længden mellem to tilstødende tænder.
Udtrykt med formlen er:
p=pi x modul=πm
Tandstørrelsessammenligning af forskellige modulus:
billede
3) Trykvinkel
Trykvinklen er en parameter, der bestemmer tandformen på tandhjulet. Det vil sige hældningen af tandoverfladen på tandhjulstanden. Trykvinklen ( ) er generelt 20 grader . Tidligere var gear med en trykvinkel på 14,5 grader almindelige.
billede
Trykvinklen er den vinkel, der dannes mellem radiuslinjen og tandprofilens tangentlinje ved et punkt på tandoverfladen (generelt omtalt som en knude). Som vist på figuren er trykvinklen. Da '= , ' også er trykvinklen.
billede
billede
Når indgrebstilstanden for tand A og tand B ses fra knudepunktet:
Tand A skubber punkt B på knudepunktet. På dette tidspunkt virker drivkraften på den fælles normal af A-tanden og B-tanden. Det vil sige, at den fælles normal er retningen af kraften og retningen af trykket, og er trykvinklen.
Modulet (m), trykvinklen ( ) og antallet af tænder (z) er gearets tre grundlæggende parametre, og dimensionerne af hver del af gearet beregnes ud fra disse parametre.
4) Tandhøjde og tandtykkelse
Geartandens højde bestemmes af modulet (m).
billede
Samlet tandhøjde h=2.25m (= tandrodshøjde plus tandtophøjde)
Tillægshøjde (ha) er højden fra tillægget til indekslinjen. ha=1m.
Dedendumhøjden (hf) er højden fra dedendum til indekslinjen. hf=1.25m.
Referencen for tandtykkelse(r) er halvdelen af stigningen. s=πm/2.
5) Diameteren af gearet
Parameteren, der bestemmer gearets størrelse, er tandhjulets stigningscirkeldiameter (d). Ud fra stigningscirklen kan tandstigningen, tandtykkelsen, tandhøjden, addendumhøjden og dedendumhøjden bestemmes.
Delecirkeldiameter d=zm
Tillæg cirkeldiameter da=d plus 2m
Rodcirkel diameter df=d-2,5m
Indekscirklen kan ikke direkte ses i det aktuelle gear, fordi indekscirklen er en antaget cirkel til bestemmelse af gearets størrelse.
billede
6) Centerafstand og tilbageslag
Når stigningscirklerne for et tandhjulspar går i indgreb tangentielt, er centerafstanden halvdelen af summen af diametrene af de to stigningscirkler.
Centerafstand a=(d1 plus d2)/2
billede
Ved indgreb af gear er sløret en vigtig faktor for at opnå en jævn indgrebseffekt. Backlash er mellemrummet mellem tandoverfladerne på et par tandhjul, når de går i indgreb.
Der er også frigang i gearets tandhøjderetning. Dette mellemrum kaldes headspace (clearance). Hovedfrigang (c) er forskellen mellem tandrodshøjden på tandhjulet og tandkranshøjden på parringshjulet.
Headspace c=1,25m-1m=0,25m
billede
7) Spiralformet gear
Spiralformede tandhjul er spiralformede tandhjul opnået ved at dreje tænderne på cylindriske tandhjul spiralformet. De fleste af de cylindriske tandhjuls geometriske riste kan anvendes på skrueformede tandhjul. Der er to typer spiralformede gear i henhold til deres basisplan:
End face (shaft right angle) datum (end face modulus/pressure angle>
Normal face (tooth right angle) datum (normal modulus/pressure angle>
Forholdet mellem endeflademodulet mt og normalmodulet mn mt=mn/cos
billede
8) Spiralretning og koordination
For spiralformede tandhjul, spiralformede tandhjul osv. er tandhjulstænderne spiralformede, og den spiralformede retning og pasform er sikker. Den spiralformede retning betyder, at når gearets midterakse peger op og ned, set forfra, er retningen af tandhjulets tænder, der peger op til højre, [højrehåndet], og den øverste venstre er [venstre- afleveret]. Koordineringen af forskellige gear er vist nedenfor.
billede
billede
5. Den mest almindeligt anvendte tandhjulsform er den involutte tandform
Hvis tandstigningen er opdelt i lige dele på den ydre omkreds af friktionshjulet, og fremspringene er installeret og derefter griber ind i hinanden og roteres, vil følgende problemer opstå:
Tangentpunktet på tandhjulets tænder frembringer glidning
Bevægelseshastigheden af tangentpunktet er hurtig og langsom
Vibration og støj
billede
Geartænderne skal være stille og glatte, når de kører, og dermed blev den involutte kurve født.
1) Hvad er en involut
Vikl en tråd med en blyant bundet i den ene ende rundt om cylinderens ydre omkreds, og løsn derefter tråden gradvist, mens tråden er stram. På dette tidspunkt er kurven tegnet af blyanten den involutte kurve. Cylinderens ydre omkreds kaldes basiscirklen.
billede
2) Eksempel på 8-tand evolvent gear
Efter at have delt cylinderen i 8 lige store dele, bindes 8 blyanter og tegnes 8 evolvente kurver. Vikl derefter ledningen i den modsatte retning, og tegn 8 kurver på samme måde. Dette er et gear med en involut kurve som tandform og 8 tænder.
billede
3) Fordele ved evolvente gear
Selvom der er en fejl i centerafstanden, kan den maskes korrekt;
Det er lettere at få den korrekte tandform, og det er lettere at bearbejde;
På grund af det rullende indgreb på kurven kan den roterende bevægelse overføres jævnt;
Så længe tænderne har samme størrelse, kan ét værktøj behandle tandhjul med forskelligt antal tænder;
Tandens rod er tyk og stærk.
4) Grundcirkel og indekscirkel
Basiscirklen er den basiscirkel, hvorfra den evolvente tandprofil er dannet. Stigcirklen er referencecirklen til bestemmelse af gearets størrelse. Grundcirkel og indekscirkel er vigtige geometriske dimensioner af tandhjul. Et evolvent profil er en kurve dannet på ydersiden af en basiscirkel. Trykvinklen er nul grader på grundcirklen.
5) Indgreb af evolvente tandhjul
Delecirklerne på to standard evolvente tandhjul griber tangentielt ind i en standard centerafstand.
Når de to hjul går i indgreb, ser det ud som om to friktionshjul (friktionshjul) med diametrene d1 og d2 kører. Men i virkeligheden afhænger indgrebet af evolvente tandhjul af basiscirklen snarere end stigningscirklen.
billede
De indgribende kontaktpunkter på de to tandhjuls tænder bevæger sig på indgrebslinjen i størrelsesordenen P1-P2-P3. Bemærk de gule tænder i drivgearet. I en periode efter, at denne tand er begyndt at gribe ind, er gearet to tænder i indgreb (P1, P3). Indgrebet fortsætter, og når indgrebspunktet bevæger sig til punktet P2 på stigningscirklen, er der kun én indgribende tand tilbage. Indgrebet fortsætter, og når indgrebspunktet bevæger sig til punkt P3, begynder den næste tandhjulstand at gå i indgreb i punkt P1, og to tænders indgrebstilstand dannes igen. Ligesom dette veksler gearets to-tands net med enkelttandsmasken for gentagne gange at overføre rotationsbevægelse.
Grundcirklens fælles tangentlinje AB kaldes indgrebslinjen. Tandhjulenes indgrebspunkter er alle på denne indgrebslinje.
billede
Det er repræsenteret af et visuelt diagram, som om bæltet er krydset på den ydre omkreds af de to basiscirkler for at overføre kraft ved roterende bevægelse.
billede
6. Gearforskydning er opdelt i positiv forskydning og negativ forskydning
Tandprofilerne på de tandhjul, vi normalt bruger, er generelt standard evolvente. Der er dog nogle situationer, hvor det er nødvendigt at skifte tandhjulets tænder, såsom at justere centerafstanden og forhindre underskæring af tandhjulet.
1) Antal og form af tandhjulstænder
Den involutte tandprofil varierer med antallet af tænder. Jo flere tænder der er, jo mere lige vil tandprofilkurven være. Når antallet af tænder stiger, bliver tandrodens profil tykkere, og tandens styrke øges.
billede
Det kan ses af ovenstående figur, at for et tandhjul med 10 tænder graves en del af den evolvente tandprofil ved tandroden ud, hvilket medfører underskæring. Men hvis positiv forskydning påføres et tandhjul med antallet af tænder z=10, øges diameteren af addendumcirklen, og tandtykkelsen af tænderne øges, gearstyrken af tandhjulet med antallet på 200 tænder kan opnås på samme niveau.
2) Skift gear
Nedenstående figur er et skematisk diagram af et tandhjul med positiv forskydning og tandnummer z=10. Når du skærer tænder, kaldes værktøjets bevægelse xm (mm) langs den radiale retning radial forskydning (benævnt forskydning).
xm=forskydning (mm)
x=variationskoefficient
m=modul (mm)
billede
Ændring af tandprofil gennem positiv afbøjning. Tandtykkelsen på tandhjulstanden øges, og den ydre diameter (tillægscirkeldiameter) bliver også større. Ved at anvende positiv forskydning af gearet kan forekomsten af underskæring (Undercut) undgås. Forskydningen af gearet kan også opnå andre formål, såsom at ændre centerafstand, positiv forskydning kan øge centerafstanden, negativ forskydning kan reducere centerafstanden.
Uanset om det er en positiv forskydning eller et negativt forskydningsgear, er der en grænse for mængden af forskydning.
3) Positiv og negativ forskydning
Der er positive og negative skift. Selvom tandhøjden er den samme, er tandtykkelsen anderledes. Tandhjul med tykkere tænder er tandhjul med positiv forskydning, og tandhjul med tyndere tænder er tandhjul med negativ forskydning.
billede
Når centerafstanden for to gear ikke kan ændres, skal du positivt skifte tandhjulet (for at undgå underskæring) og negativt skifte det store gear, så centerafstandene er de samme. I dette tilfælde er de absolutte værdier af forskydningerne ens.
billede
4) Indkobling af forskydningsgear
Standardtandhjulene går i indgreb, når de enkelte tandhjuls stigningscirkler tangerer hinanden. Indgrebet af de skiftede gear, som vist på figuren, er tangentielt i indgreb på den indgribende stigningscirkel. Trykvinklen på den indgribende stigningscirkel kaldes indgrebsvinklen. Indgrebsvinklen er forskellig fra trykvinklen på pitchcirklen (pitchcirkeltrykvinkel). Indgrebsvinkel er et vigtigt element, når man designer gear med variabel forskydning.
billede
6) Gearforskydningens rolle
Det kan forhindre underskæringsfænomenet forårsaget af det lille antal tænder under behandlingen; den ønskede centerafstand kan opnås gennem forskydning; i tilfælde af et par gear med et stort udvekslingsforhold, positiv forskydning af tandhjulet, der er tilbøjelig til at blive slidt, Gør tænderne tykkere. Tværtimod udføres negativ forskydning på det store tandhjul for at gøre tandtykkelsen tyndere, så de to tandhjuls levetid er tæt på.
7. Gear præcision
Gear er mekaniske elementer, der overfører kraft og rotation. Ydeevnekravene til gear omfatter hovedsageligt:
større kraftoverførselsevne
Brug så lille et gear som muligt
lav støj
korrekthed
For at opfylde ovennævnte krav vil forbedring af gearets præcision blive et problem, der skal løses.
1) Klassificering af gearets nøjagtighed
Nøjagtigheden af gear kan groft opdeles i tre kategorier:
a) Korrekthed af involut tandprofil - tandprofils nøjagtighed
b) Nøjagtigheden af tandlinjen på tandoverfladen - nøjagtigheden af tandlinjen
c) Korrekthed af tænder/tandstilling
Indekseringsnøjagtighed af tandhjulstænder - enkelt pitch-nøjagtighed
Nøjagtighed af pitch - akkumulerende pitch-nøjagtighed
Afvigelsen af positionen af målekuglen fastspændt mellem de to gear i radial retning - radial runout nøjagtighed
billede
2) Tandprofilfejl
billede
3) tandlinjefejl
billede
4) Tandstigningsfejl
billede
Tandstigningsværdien måles på målecirklen centreret på gearakslen.
Enkelt pitch afvigelse (fpt) er forskellen mellem den faktiske pitch og den teoretiske pitch.
Den akkumulerede totale pitch-afvigelse (Fp) bruges til at måle pitch-afvigelsen for alle gear til evaluering. Den samlede amplitudeværdi af den kumulative tandstignings-afvigelseskurve er den samlede tandstigningsafvigelse.
5) Radial udløb (Fr)
Sonderne (sfæriske, cylindriske) placeres successivt i tandslidserne, og forskellen mellem den maksimale og minimale radiale afstand fra sonden til gearaksen bestemmes. Gearakslens excentricitet er en del af det radiale udløb.
billede
6) Radial omfattende total afvigelse (Fi")
Indtil videre er tandformen, tandstigningen, tandlinjens nøjagtighed osv., vi har beskrevet, alle metoder til at evaluere nøjagtigheden af et enkelt gear. Til forskel fra dette er der også en metode til dobbelttands overfladeindgrebstest, hvor gearet gribes ind i måleredskabet og gearets nøjagtighed evalueres. De venstre og højre tandoverflader på det målte gear er i kontakt med måleudstyret og roterer en hel cirkel. Ændringer i centerafstand registreres. Nedenstående figur viser testresultaterne for et gear med 30 tænder. Der er 30 bølgede linjer med enkelttands radial omfattende afvigelse. Den samlede radiale omfattende afvigelsesværdi er omtrentlig summen af den radiale udløbsafvigelse og den radiale omfattende afvigelse med enkelttand.
billede
7) Sammenhængen mellem forskellige præcisioner af gear
Nøjagtigheden af hver del af gearet er relateret. Generelt er korrelationen mellem radial runout og andre fejl stærk, og korrelationen mellem forskellige tandstigningsfejl er også stærk.
billede
8) Betingelser for højpræcisionsgear
billede
8. Gearberegningsformel
billede
Beregning af standard cylindriske tandhjul (tandhjul ①, stort tandhjul ②)
billede
Beregningsformel for skiftede cylindriske gear (lille gear ①, stort gear ②)
billede
Beregningsformel for standard skrueformede tænder (tand retvinklet metode) (lille gear ①, stort gear ②)
billede
Beregningsformel for forskudte spiralformede tænder (tand retvinklet metode) (lille gear ①, stort gear ②)
