Gear Manufacturing 101:Руководство 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, так как они требуют разных процессов в зависимости от типа и области применения.

Как правило, шестерни работают в очень напряженных условиях, потому что передача мощности (фактическое назначение шестерни) 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 трудновыполнимы. Однако никто не может отрицать их важность. Вот почему производство зубчатых колес является узкоспециализированной областью с ограниченными допусками и возможностью ошибки.

В этой статье вы вернетесь к основам производства зубчатых колес, а именно:к материалам, из которых изготавливаются промышленные зубчатые колеса, к процессам подготовки зубчатых колес и к тому, как зубчатые колеса могут безотказно выдерживать такую ​​нагрузку.

Распространенные типы зубчатых колес и их применение

Прежде чем перейти к подробностям о нарезании зубчатых колес и производственных процессах, важно ознакомиться с основами. Это разные типы шестерен, их применение и преимущества.

Ваше приложение, параметры производительности и множество других факторов играют важную роль в типе передач, которые 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 приблизительную картину того, как выглядит снаряжение. 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, в которых также требуется плавная работа.

Кроме того, прямозубые шестерни могут сочетаться с другими шестернями того же типа и 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 легче сделать. 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 необходимо минимизировать механические потери.

Винтовые шестерни

Косозубые шестерни очень похожи на прямозубые, но имеют зубья, закрученные вокруг цилиндрического корпуса. 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).

Большинство применений косозубых зубчатых колес такое 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, в косозубом зубчатом механизме потери больше, и из-за его формы 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 производство, а затем на 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 при 90 ⁰ . углы. Однако вы можете использовать их и в других конфигурациях.

Вот некоторые распространенные типы конических шестерен, которые можно найти в различных приложениях.

• Прямые конические шестерни
• Спирально-конические шестерни
• Угловые шестерни
• Коронные шестерни
• Гипоидные шестерни

Червячные передачи

Червячная передача представляет собой комбинацию двух компонентов. Червячное колесо и винтовая шестерня. Они в основном 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, следует отметить еще одну важную вещь:червячные передачи имеют большое трение, и для правильной работы может потребоваться постоянное трение.

Реечная передача

Реечная система — это еще одна комбинация, которая в первую очередь работает 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 шестерен

Когда речь идет о зубчатых колесах, ограничений по материалу 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
• Бронзовый
• Пластик

Зубчатые колеса имеют очень специфические критерии выбора материала. В зависимости от области применения любой материал, который вы выберете, должен обладать соответствующей прочностью на растяжение и выносливостью.

Кроме того, коэффициент трения является еще одним фактором, поскольку шестерни нуждаются в постоянном контакте. Наконец, вы также должны выбирать материалы, которые легко обрабатывать. С прочным материалом с низкой технологичностью будет сложнее работать, потому что производство 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.

Общие процессы производства зубчатых колес

Производство зубчатых колес 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, а также их очевидные преимущества и недостатки.

1 – Кастинг

Литье — это более простой процесс, который преимущественно используется для изготовления заготовок или цилиндров для зубчатых колес, а зубья изготавливаются механической обработкой. Тем не менее, это жизнеспособный процесс производства зубчатых колес для целого ряда приложений благодаря возможности массового производства и относительной простоте.

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 не так эффективны 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 вышеупомянутые являются наиболее распространенными в отрасли.

2 – Ковка

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

Теоретически ковка — отличный процесс 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 шестерен 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 формирования зубчатых колес, который является одновременно универсальным и простым. На самом деле экструзия требует меньших затрат на инструмент, 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 зубчатых колес.

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 выдерживают слишком большой нагрузки, а также существуют ограничения по размеру.

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

5 – Закрытие

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. Однако наилучшие результаты дают прямозубые шестерни.

Сегодня процесс штамповки при производстве зубчатых колес используется во многих отраслях промышленности для 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 ее 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.

Хаббинг

Фрезерование использует коническое режущее устройство, называемое фрезой. И фреза, и заготовка поворачиваются, когда фреза вращается вокруг заготовки шестерни. На данный момент внешние прямозубые и косозубые шестерни — единственные изделия, которые можно создать с помощью зубофрезерной обработки.

Процесс достаточно универсальный и быстрый. Вы также можете увеличить производительность за счет одновременной обработки нескольких штабелей. Однако для этого требуется больше навыков и точности.

Формирование

Формование — это передовой процесс нарезания и изготовления зубчатых колес, в ходе которого создаются зубчатые колеса, с которыми не может справиться зубообрабатывающая машина. Фреза может иметь любую форму, например, шестерню, реечную или одноточечную форму. Он очень похож на шестеренки и работает, разрезая заготовку нужной вам формы. Вы можете создавать внутренние или групповые шестерни с помощью процесса формирования.

Прошивка

Протяжка — это, пожалуй, самый быстрый способ нарезания зубчатых колес. Он основан на многозубом инструменте со встроенными резцами, которые проникают глубже, чем его предшественник. Это приводит к более мелким поэтапным надрезам, которые легче выполнять и которые быстро придают требуемую форму без ущерба для точности.

Этот процесс изготовления зубчатых колес типичен для внутренних зубчатых колес, но вы можете использовать его и для изготовления внешних зубьев. Для этого вам понадобится специальный инструмент для протяжки горшков, который позволит вам воспроизвести ту же точность и эффективность.

Фрезерование

Это базовый метод нарезания зубчатых колес, при котором отдельные зубья шестерни изготавливаются последовательно. Однако он довольно универсален, особенно если вы используете фрезерный станок с ЧПУ. Хотя вы можете изготовить любую шестерню на фрезерном станке, точность этого метода оставляет желать лучшего. Вот почему фрезерование не так распространено, как раньше.

Однако недавние разработки в области ЧПУ и многоосевой обработки изменили ситуацию. Изготовление зубчатых колес на фрезерных станках получает все большее распространение. Так что со временем все станет еще лучше.

Постобработка производства зубчатых колес

В зависимости от используемого вами метода изготовления шестерни потребуется некоторая постобработка, прежде чем она будет готова на 100%. Эта постобработка может варьироваться от термообработки для улучшения усталостных характеристик до коррекции размеров и финишной обработки поверхности.

Вот 5 наиболее распространенных процессов обработки поверхности, используемых при производстве зубчатых колес.

• Шлифовка: Как следует из названия, шлифование — это распространенный процесс финишной обработки поверхности, который обеспечивает гладкую поверхность по всей поверхности. Вы можете выполнять его с перерывами или постоянно, и это не повлияет на результаты.
• Наложение: Этот процесс предназначен для чувствительных зубчатых колес, где требуется предельная точность. Притирка использует мелкие абразивные частицы для сглаживания поверхности на низких или средних скоростях.
• Оттачивание: Это еще один распространенный процесс, который полирует поверхность и делает ее гладкой. Кроме того, вы также можете исправить некоторые незначительные ошибки в геометрии вашего зуба.
• Бритье: Этот процесс удаляет очень тонкие слои с поверхности, чтобы получить гладкий профиль. Бритье, как правило, дорогое удовольствие, поэтому его редко используют в производстве шестерен.
• Полировка: По сути, полировка — это процесс сжатия для выравнивания поверхности.

Обращайтесь к RapidDirect за лучшими услугами по производству зубчатых колес

Производство зубчатых колес является узкоспециализированной областью, требующей предельной точности и аккуратности. Шестерни являются важным компонентом любой механической системы, и даже самый незначительный производственный дефект может иметь множество катастрофических последствий. Поэтому вам нужно внимательно относиться к выбору службы.

RapidDirect — это сертифицированный по стандарту ISO сервис с самой опытной командой, которая обеспечивает наилучшую производительность по самой конкурентоспособной цене. Мы предлагаем самые современные услуги, которые обеспечат вам лучшее, когда речь идет о производстве зубчатых колес.

От крупных шестерен для промышленного оборудования до мельчайших компонентов для любой ниши, RapidDirect предлагает правильное сочетание навыков, опыта и качества, которое вам нужно. Свяжитесь с нами сегодня и получите первоначальное предложение в течение нескольких часов.