1. Kaj je zobnik?
Zobniki so mehanski deli z zobmi, ki se med seboj zapletajo. Široko se uporablja v mehanskem prenosu in celotnem mehanskem področju.
2. Zgodovina zobnikov
Že leta 350 pred našim štetjem je slavni starogrški filozof Aristotel v literaturi zapisal zobnike. Približno leta 250 pred našim štetjem je matematik Arhimed v literaturi opisal tudi dvigalo s polžastim orodjem. V ruševinah Ketsifina v današnjem Iraku so še vedno orodja iz pr.
slika
Zobniki imajo pri nas dolgo zgodovino. Po zgodovinskih zapisih so zobnike uporabljali v starodavni Kitajski že 400-200 pr. Bronasto orodje, izkopano v Shanxi, moja država, je najstarejše orodje, ki je bilo kdaj odkrito. Kot avto kompas, ki odraža dosežke starodavne znanosti in tehnologije, zobniški mehanizem Jedrni mehanizem. Med italijansko renesanso v drugi polovici 15. stoletja slavni vsestranski Leonardo da Vinci ni dosegel le neizbrisnih dosežkov v kulturi in umetnosti, ampak tudi v zgodovini zobniške tehnologije. Po več kot 500 letih sedanji The gear še vedno ohranja prototip takratne skice.
slika
slika
Šele konec 17. stoletja so ljudje začeli preučevati obliko zob zobnikov, ki bi pravilno prenašala gibanje. V 18. stoletju, po evropski industrijski revoluciji, je uporaba zobniškega prenosa postajala vedno bolj obsežna; najprej so se razvili cikloidni zobniki, nato pa evolventni zobniki. Vse do začetka 20. stoletja so prednost uporabljali evolventni zobniki. Kasneje so se razvili pogonski zobniki, krožni zobniki, stožčasti zobniki, vijačni zobniki itd.
Sodobna tehnologija zobnikov je dosegla: modul zobnikov 0.004-100 mm; premer zobnika od 1 mm do 150 metrov; prenosna moč do 100,000 kilovatov; hitrost do 100,000 vrt/min; maksimalna obodna hitrost do 300 m/s.
Mednarodno se zobniki za prenos moči razvijajo v smeri miniaturizacije, visoke hitrosti in standardizacije. Uporaba posebnih zobnikov, razvoj planetnih zobnikov in razvoj nizkih vibracij in nizkega hrupa so nekatere od značilnosti zasnove zobnikov.
3. Zobniki so na splošno razdeljeni v tri kategorije
Obstaja veliko vrst zobnikov, najpogostejša metoda razvrščanja pa je glede na gred zobnika. Na splošno je razdeljen na tri vrste: vzporedna os, presečna os in zamaknjena os.
1) Zobniki z vzporedno osjo: vključno s čelnimi zobniki, vijačnimi zobniki, notranjimi zobniki, zobniki in spiralnimi zobniki itd.
2) Zobniki s presečno osjo: obstajajo ravni stožčasti zobniki, spiralni stožčasti zobniki, stožčasti zobniki nič stopinj itd.
3) Zobniki z zamaknjeno osjo: obstajajo vijačni zobniki z zamaknjeno osjo, polžasti zobniki, hipoidni zobniki itd.
slika
Učinkovitost, navedena v zgornji tabeli, je učinkovitost prenosa, brez izgube ležajev in mazanja pri mešanju. Ujemanje zobniških parov z vzporednimi gredmi in gredmi, ki se sekajo, je v bistvu kotalno, relativno drsenje pa je zelo majhno, zato je učinkovitost visoka. Zobniški pari s križnimi osmi, kot so spiralni zobniki s križnimi osmi in polžasti zobniki, ker se vrtijo skozi relativno drsenje, da dosežejo prenos moči, zato je vpliv trenja zelo velik, učinkovitost prenosa pa se zmanjša v primerjavi z drugimi zobniki. Učinkovitost zobnika je učinkovitost prenosa zobnika v normalnih pogojih sestavljanja. Če je namestitev nepravilna, še posebej, če je montažna razdalja stožčastega zobnika nepravilna, kar povzroči napako v presečišču istega stožca, bo njegova učinkovitost znatno zmanjšana.
3.1 Zobniki z vzporednimi osemi
1) Čelni zobnik
Zobna črta in središčna črta gredi sta vzporedni s cilindričnim zobnikom. Ker je enostaven za obdelavo, se najpogosteje uporablja pri prenosu električne energije.
slika
2) Stojalo
Linearni zobnik z zobato letvijo, ki se ujame s čelnim zobnikom. Kot poseben primer se lahko šteje, ko premer delnega kroga čelnega zobnika postane neskončen.
slika
3) Notranja prestava
Zobnik z zobmi, obdelanimi na notranji strani obroča, ki se ujame s čelnim zobnikom. Uporablja se predvsem v aplikacijah, kot so planetni menjalniki in zobniške sklopke.
slika
4) Vijačni zobnik
Čelni zobnik s vijačnim zobom. Pogosto se uporabljajo, ker so močnejši od čelnih zobnikov in tečejo bolj gladko. Aksialni potisk se ustvari med prenosom.
slika
5) vijačno stojalo,
Palični zobnik, ki se zaskoči s spiralnim zobnikom. To je enakovredno situaciji, ko premer koraka vijačnega zobnika postane neskončen.
slika
6) Orodje ribje kosti
Zobna linija je kombinacija levih in desnih vijačnih zobnikov. Prednost je, da se potisk ne ustvarja v aksialni smeri.
slika
3.2 Zobniki gredi, ki se križajo
1) Ravni stožčasti zobnik
Stožčasti zobnik, katerega zobna črta sovpada z generatrično črto nagibnega stožca. Med stožčastimi zobniki so razmeroma enostavni za izdelavo. Zato se lahko uporablja v številnih aplikacijah kot stožčasti zobniki za prenos.
slika
2) Spiralni stožčasti zobnik
Profil zoba je ukrivljen, stožčasti zobnik s kotom vijačnice. Čeprav ga je težje izdelati kot ravne stožčaste zobnike, se pogosto uporablja tudi kot zobniki z visoko trdnostjo in nizkim hrupom.
slika
3) Stožčasti zobnik brez stopinje
Ukrivljen stožčasti zobnik s kotom vijačnice nič stopinj. Ker ima obenem lastnosti ravnih zob in ukrivljenih stožčastih zobnikov, je obremenitev na zobni površini enaka kot pri ravnih stožčastih zobnikih.
slika
3.3 Prečni zobniki
1) Cilindrični polžni par
Cilindrični polžni par je splošen izraz za valjastega polža in polžasto gonilo, ki je v zaskoku z njim. Največja značilnost je, da teče gladko in lahko doseže veliko prenosno razmerje z enim samim parom, vendar ima pomanjkljivost nizko učinkovitost.
slika
2) Prečno vijačni zobnik
Ime para cilindričnih polžev, ko je gnan med zamaknjenimi gredmi. Lahko se uporablja s vijačnimi zobniškimi pari ali s vijačnimi in čelnimi zobniškimi pari. Čeprav je delovanje stabilno, je primerno le za uporabo pri majhnih obremenitvah.
slika
3.4 Druga posebna orodja
1) Obrazna oprema
Zobnik v obliki diska, ki se lahko zaskoči s čelnimi ali vijačnimi zobniki. Prenos med pravokotnimi gredmi in zamaknjenimi gredmi.
slika
2) Par črvov v obliki bobna
Splošni izraz za bobnasti polž in polžasto orodje, ki se je zapletlo z njim. Čeprav ga je težje izdelati, lahko prenaša velike obremenitve v primerjavi s cilindričnimi pari polžev.
slika
3) Hipoidni zobniki
Stožčasti zobniki, ki se poganjajo med zamaknjenimi gredmi. Veliki in mali zobniki so obdelani ekscentrično, podobno kot spiralni zobniki, princip zaskočevanja pa je zelo zapleten.
slika
4. Osnovna terminologija in izračun velikosti zobnikov
Zobniki imajo veliko izrazov in izrazov, edinstvenih za zobnike. Da bi vsi vedeli več o zobnikih, je tukaj nekaj pogosto uporabljenih osnovnih izrazov za zobnike.
1) Ime vsakega dela orodja
slika
2) Izraz za velikost zoba zobnika je modul
m1, m3, m8 ... se imenujejo modul 1, modul 3, modul 8. Modul je splošno ime po vsem svetu. Simbol m (modul) in številka (mm) se uporabljata za označevanje velikosti zob zobnika. Večje kot je število, večji so zobje zobnikov.
Poleg tega se v državah, ki uporabljajo imperialne enote (kot so Združene države), za označevanje velikosti zob uporabljajo simboli (razmak premera) in številke (število zob zobnika s premerom delnega kroga 1 palca). . Na primer: DP24, DP8 itd. Obstajajo tudi posebne metode klicanja, ki uporabljajo simbole (pike) in številke (milimetre) za označevanje velikosti zob zobnikov, kot sta CP5 in CP10.
Korak med zobmi (p) lahko dobimo tako, da modul pomnožimo s pi, korak med zobmi pa je dolžina med dvema sosednjima zoboma.
Izraženo s formulo je:
p=pi x modul=πm
Primerjava velikosti zob različnih modulov:
slika
3) Kot pritiska
Kot tlaka je parameter, ki določa obliko zoba zobnika. To je naklon zobne površine zobnika zobnika. Tlačni kot ( ) je običajno 20 stopinj. Prej so bili običajni zobniki s tlačnim kotom 14,5 stopinj.
slika
Tlačni kot je kot, ki nastane med črto radija in tangentno črto profila zoba v točki na površini zoba (ki se na splošno imenuje vozlišče). Kot je prikazano na sliki, je tlačni kot. Ker je '=, ' tudi tlačni kot.
slika
slika
Ko je stanje zaskočevanja zoba A in zoba B vidno iz vozlišča:
Zob A potiska točko B na vozlišču. V tem času gonilna sila deluje na skupno normalo zobca A in zobca B. To pomeni, da je skupna normala smer sile in smer tlaka ter kot tlaka.
Modul (m), tlačni kot ( ) in število zob (z) so trije osnovni parametri zobnika, na podlagi teh parametrov pa se izračunajo dimenzije posameznega dela zobnika.
4) Višina in debelina zoba
Višina zoba zobnika je določena z modulom (m).
slika
Skupna višina zoba h=2,25 m (= višina korena zoba plus višina vrha zoba)
Višina dodatka (ha) je višina od dodatka do indeksne črte. ha=1m.
Višina dedenduma (hf) je višina od dedenduma do indeksne črte. hf=1.25m.
Referenca za debelino zob (s) je polovica koraka. s=πm/2.
5) Premer zobnika
Parameter, ki določa velikost zobnika, je premer delnega kroga (d) zobnika. Na podlagi delnega kroga se lahko določi korak zoba, debelina zoba, višina zoba, višina dodatka in višina dedenduma.
Premer delnega kroga d=zm
Premer kroga dodatka da=d plus 2m
Premer korenskega kroga df=d-2.5m
Indeksnega kroga ni mogoče neposredno videti v dejanskem orodju, ker je indeksni krog domnevni krog za določanje velikosti zobnika.
slika
6) Sredinska razdalja in zračnost
Ko se delilni krogi para zobnikov tangencialno zaskočijo, je sredinska razdalja polovica vsote premerov obeh delnih krogov.
Sredinska razdalja a=(d1 plus d2)/2
slika
Pri zaskočenju zobnikov je zračnost pomemben dejavnik za doseganje gladkega učinka začepljenja. Zračnost je reža med zobnimi površinami para zobnikov, ko se zaskočijo.
Obstaja tudi zračnost v smeri višine zob zobnika. Ta vrzel se imenuje headspace (Clearance). Odmik glave (c) je razlika med višino korenine zoba zobnika in višino grebena zoba nasprotnega zobnika.
Prostor nad glavo c=1.25m-1m=0.25m
slika
7) Vijačni zobnik
Čelni zobniki so vijačni zobniki, ki jih dobimo s vijačnim sukanjem zob čelnih zobnikov. Večino rešetk z geometrijo čelnih zobnikov je mogoče uporabiti za vijačne zobnike. Obstajata dve vrsti vijačnih zobnikov glede na njihovo osnovno ravnino:
End face (shaft right angle) datum (end face modulus/pressure angle>
Normal face (tooth right angle) datum (normal modulus/pressure angle>
Razmerje med modulom čelne ploskve mt in normalnim modulom mn mt=mn/cos
slika
8) Spiralna smer in koordinacija
Pri vijačnih zobnikih, spiralnih stožčastih zobnikih itd. so zobje vijačni, vijačna smer in prileganje pa sta določena. Hekalna smer pomeni, da ko je središčna os zobnika usmerjena navzgor in navzdol, gledano od spredaj, je smer zob zobnika, ki kaže zgoraj desno, [desno], zgoraj levo pa [levo- predano]. Usklajevanje različnih orodij je prikazano spodaj.
slika
slika
5. Najpogosteje uporabljena oblika zoba zobnika je evolventna oblika zoba
Če razmak med zobmi razdelimo na enake dele na zunanjem obodu tornega kolesa, izbokline pa namestimo, nato medsebojno zaskočimo in zavrtimo, se pojavijo naslednje težave:
Tangentna točka zob zobnika povzroča zdrs
Hitrost gibanja tangentne točke je hitra in počasna
Vibracije in hrup
slika
Zobje zobnikov morajo biti med vožnjo tihi in gladki, tako se je rodila evolventna krivulja.
1) Kaj je evolventa
Okoli zunanjega oboda valja ovijte nit s svinčnikom, ki je na enem koncu privezana, nato pa nit postopoma popuščajte, medtem ko je nit napeta. V tem času je krivulja, ki jo nariše svinčnik, evolventna krivulja. Zunanji obseg valja se imenuje osnovni krog.
slika
2) Primer 8-zobnega evolventnega zobnika
Po razdelitvi valja na 8 enakih delov povežite 8 svinčnikov in narišite 8 evolventnih krivulj. Nato navijte žico v nasprotni smeri in na enak način narišite 8 krivulj. To je zobnik z evolventno krivuljo kot oblika zoba in 8 zobmi.
slika
3) Prednosti evolventnih zobnikov
Tudi če je kakšna napaka v sredinski razdalji, jo je mogoče pravilno zapreti;
Lažje dobimo pravilno obliko zoba in ga je lažje obdelati;
Zaradi kotalnega vpetja na krivulji se lahko rotacijsko gibanje gladko prenaša;
Dokler imajo zobje enake velikosti, lahko eno orodje obdeluje zobnike z različnim številom zob;
Korenina zoba je debela in močna.
4) Osnovni krog in indeksni krog
Osnovni krog je osnovni krog, iz katerega se oblikuje evolventni profil zoba. Delni krog je referenčni krog za določanje velikosti zobnika. Osnovni krog in indeksni krog sta pomembni geometrijski dimenziji zobnikov. Evolventni profil je krivulja, oblikovana na zunanji strani osnovnega kroga. Kot pritiska na osnovni krog je nič stopinj.
5) Začepanje evolventnih zobnikov
Delilni krogi dveh standardnih evolventnih zobnikov se tangencialno ujemajo na standardni sredinski razdalji.
Ko se obe kolesi zapleteta, je videti, kot da se poganjata dve torni kolesi (Friction wheels) s premeroma d1 in d2. Vendar pa je v resnici zaskočenje evolventnih zobnikov odvisno od osnovnega kroga in ne od delnega kroga.
slika
Stični točki zobnika zobnika se premikata po zaskočni črti v vrstnem redu P1-P2-P3. Bodite pozorni na rumene zobe v pogonskem zobniku. Nekaj časa po tem, ko se ta zob začne začeti, ima zobnik dva zoba (P1, P3). Začetje se nadaljuje in ko se začetna točka premakne v točko P2 na delnem krogu, ostane le še en začetni zob. Začetje se nadaljuje, in ko se začeti točka premakne v točko P3, začne naslednji zobnik začeti v točki P1 in ponovno se oblikuje začetje dveh zob. Tako se dvozobna mreža zobnika izmenjuje z enozobno začetilo za večkratni prenos rotacijskega gibanja.
Skupna tangenta AB osnovnega kroga se imenuje mrežna črta. Začepne točke zobnikov so vse na tej mrežni črti.
slika
Predstavljen je z vizualnim diagramom, kot da je pas prekrižan na zunanjem obodu dveh osnovnih krogov za prenos moči z rotacijskim gibanjem.
slika
6. Premik zobnika je razdeljen na pozitiven premik in negativni premik
Profili zob zobnikov, ki jih običajno uporabljamo, so običajno standardni evolventni. Vendar pa obstajajo situacije, ko je treba zamenjati zobe zobnikov, kot je nastavitev sredinske razdalje in preprečevanje podreza zobnika.
1) Število in oblika zob zobnikov
Evolventni profil zob se spreminja glede na število zob. Več kot je zob, bolj ravna bo krivulja zobnega profila. Z večanjem števila zob postaja profil zobne korenine debelejši in trdnost zoba se povečuje.
slika
Iz zgornje slike je razvidno, da je pri zobniku z 10 zobmi del evolventnega profila zoba pri korenu zoba izdolben, kar povzroči podrezovanje. Vendar, če se pozitivni premik uporabi za zobnik s številom zob z=10, se poveča premer dodatnega kroga in poveča debelina zob zob, je trdnost zobnika s številom 200 zob je mogoče dobiti na isti ravni.
2) Prestavljanje
Spodnja slika je shematski diagram zobnika s pozitivnim zamikom in številom zob z=10. Pri rezanju zob se premik xm (mm) orodja vzdolž radialne smeri imenuje radialni premik (v nadaljevanju premik).
xm=premik (mm)
x=koeficient variacije
m=modul (mm)
slika
Sprememba profila zoba s pozitivnim odklonom. Debelina zoba zobnika se poveča, poveča pa se tudi zunanji premer (premer dodatnega kroga). S sprejetjem pozitivnega premika zobnika se je mogoče izogniti pojavu podreza (Undercut). Premik zobnika lahko doseže tudi druge namene, kot je spreminjanje sredinske razdalje, pozitivni premik lahko poveča sredinsko razdaljo, negativni premik lahko zmanjša sredinsko razdaljo.
Ne glede na to, ali gre za prestavo s prostornino ali z negativno prostornino, je količina prostornine omejena.
3) Pozitivni in negativni premik
Obstajajo pozitivni in negativni premiki. Čeprav je višina zoba enaka, je debelina zoba različna. Zobniki z debelejšimi zobmi so gibni zobniki, zobniki s tanjšimi zobmi pa gibni zobniki.
slika
Če sredinske razdalje dveh zobnikov ni mogoče spremeniti, premaknite zobnik v pozitivno smer (da se izognete spodrezovanju) in negativno premaknite veliko prestavo, tako da sta sredinski razdalji enaki. V tem primeru sta absolutni vrednosti pomikov enaki.
slika
4) Vklop pogonskega mehanizma
Standardni zobniki zaskočijo, ko so delni krogi posameznih zobnikov tangentni drug na drugega. Začetje prestavljenih prestav, kot je prikazano na sliki, je tangencialno začetje na delnem krogu. Kot tlaka na naklonskem krogu mreže se imenuje kot mreže. Kot vpetja je drugačen od kota pritiska na delni krog (tlačni kot delnega kroga). Zaklepni kot je pomemben element pri načrtovanju zobnikov s spremenljivim pomikom.
slika
6) Vloga premika zobnikov
Lahko prepreči pojav spodrezanja, ki ga povzroča majhno število zob med obdelavo; želeno sredinsko razdaljo je mogoče doseči s premikom; pri paru zobnikov z velikim prestavnim razmerjem, pozitivnim premikom zobnika, ki je nagnjen k obrabi, naredite zobe debelejše. Nasprotno, negativni premik se izvaja na velikem zobniku, da se debelina zoba tanjša, tako da je življenjska doba obeh zobnikov blizu.
7. Natančnost orodja
Zobniki so mehanski elementi, ki prenašajo moč in vrtenje. Zahteve glede zmogljivosti za zobnike vključujejo predvsem:
večja zmogljivost prenosa moči
Uporabite čim manjšo prestavo
nizek hrup
pravilnost
Da bi izpolnili zgoraj omenjene zahteve, bo izboljšanje natančnosti zobnikov postalo problem, ki ga je treba rešiti.
1) Razvrstitev natančnosti orodja
Natančnost zobnikov lahko v grobem razdelimo v tri kategorije:
a) Pravilnost evolventnega profila zoba - natančnost profila zoba
b) Natančnost zobne linije na površini zoba - natančnost zobne linije.
c) Pravilnost položaja zob/zobljenja
Natančnost indeksiranja zob zobnikov - enojna natančnost
Natančnost nagiba - akumulativna natančnost naklona
Odstopanje položaja merilne krogle, vpete med dvema zobnikoma v radialni smeri - natančnost radialnega odtekanja
slika
2) Napaka profila zoba
slika
3) napaka zobne linije
slika
4) Napaka koraka zoba
slika
Vrednost koraka zob se meri na merilnem krogu s središčem na gredi zobnika.
Enotno odstopanje višine (fpt) je razlika med dejansko višino in teoretično višino.
Skupno skupno odstopanje nagiba (Fp) se uporablja za merjenje odstopanja naklona vseh prestav za oceno. Vrednost skupne amplitude krivulje kumulativnega odstopanja razmika zob je skupno odstopanje razmika zob.
5) Radialno odtekanje (Fr)
Sonde (sferične, cilindrične) se zaporedoma namestijo v zobne reže in se določi razlika med največjo in najmanjšo radialno razdaljo od sonde do osi zobnika. Ekscentričnost gredi zobnika je del radialnega odmika.
slika
6) Radialno celovito skupno odstopanje (Fi")
Doslej smo opisali obliko zoba, razmak med zobmi, natančnost linije zob itd., vse to so metode za ocenjevanje natančnosti posameznega zobnika. Drugače od tega obstaja tudi metoda dvozobnega preizkusa površinskega začetka, pri kateri se zobnik zaskoči z merilnim zobnikom in se oceni natančnost zobnika. Leva in desna zobna ploskev merjenega zobnika sta v stiku z merilnim zobnikom in se vrtita za cel krog. Spremembe sredinske razdalje se zabeležijo. Spodnja slika prikazuje rezultate testa za zobnik s 30 zobmi. Obstaja 30 valovitih linij enozobnega radialnega celovitega odstopanja. Skupna vrednost radialnega celovitega odstopanja je približno vsota radialnega odstopanja in radialnega celovitega odstopanja enega zoba.
slika
7) Korelacija med različnimi natančnostmi zobnikov
Natančnost vsakega dela orodja je povezana. Na splošno je korelacija med radialnim odmikom in drugimi napakami močna, prav tako je močna korelacija med različnimi napakami razmika zob.
slika
8) Pogoji za visoko natančne zobnike
slika
8. Formula za izračun orodja
slika
Izračun standardnih čelnih zobnikov (zobnik ①, veliki zobnik ②)
slika
Formula za izračun za pomaknjene čelne zobnike (majhni zobnik ①, veliki zobnik ②)
slika
Formula za izračun standardnih vijačnih zob (metoda pravokotnega zoba) (mali zobnik ①, veliki zobnik ②)
slika
Formula za izračun za premaknjene vijačne zobe (metoda pravokotnega zoba) (mali zobnik ①, veliki zobnik ②)
