Επιλογή υλικού για προσαρμοσμένα ελικοειδή γρανάζια-Χάλυβας, ορείχαλκος ή πλαστικό (POM)

Το υλικό καθορίζει τη διάρκεια ζωής, την-φέρουσα ικανότητα φορτίου, τα χαρακτηριστικά θορύβου και τη σχέση κόστους-του τελικού έργου του εργαλείου. Η λανθασμένη επιλογή υλικού θα επηρεάσει την απόδοση των γραναζιών και μπορεί ακόμη και να τα καταστήσει άχρηστα. Ως αεπαγγελματικός κατασκευαστής μηχανικών εξαρτημάτων ακριβείας, μετά από συνεργασία με πολλούς πελάτες, πιστεύω ότι μπορεί να σκέφτεστε εάν θα επιλέξετε την απόλυτη αντοχή του κραματοποιημένου χάλυβα, την αντίσταση στη διάβρωση του ορείχαλκου ή τη μείωση του θορύβου των πλαστικών μηχανικής για το έργο μετάδοσης γραναζιών σας;

Το Hansheng Automation θα αναλύσει τα τρία πιο συνηθισμέναελικοειδές γρανάζιυλικά- χάλυβας, ορείχαλκος καιΠλαστικό POM- και ορισμένες στρατηγικές επιλογής στο άρθρο, ελπίζοντας να σας βοηθήσουν.

Πριν εξηγήσουμε τα συγκεκριμένα υλικά, ας καθορίσουμε πρώτα κριτήρια επιλογής. Όταν ένας πελάτης μας επιλέξει να προσαρμόσουμε ένα ελικοειδή γρανάζι για αυτόν, θα αξιολογήσουμε το σενάριο εφαρμογής με βάση τους ακόλουθους πέντε κύριους παράγοντες κατά την επιβεβαίωση της επιλογής υλικού γραναζιού.

Χαλύβδινα ελικοειδή γρανάζιαείναι συνήθως η καταλληλότερη επιλογή για βιομηχανική μετάδοση ισχύος. Τα γρανάζια χάλυβα είναι συνήθως κατασκευασμένα από ανθρακούχο χάλυβα (όπως 1045), κράμα χάλυβα (όπως 4140 ή 8620) ή ανοξείδωτο χάλυβα (303, 304 ή 316). Το χαρακτηριστικό του χάλυβα είναι ότι μπορεί να δεχτεί διάφορες μορφές θερμικής επεξεργασίας, όπως διεργασίες ενανθράκωσης, επαγωγικής σκλήρυνσης ή νιτροποίησης.Θερμική επεξεργασίαΤα γρανάζια μπορούν να επιτύχουν εξαιρετικά υψηλή σκληρότητα επιφάνειας διατηρώντας παράλληλα έναν σκληρό και όλκιμο πυρήνα για την απορρόφηση των κρουστικών φορτίων.

Φόντα

Το κύριο πλεονέκτημα τουγρανάζια υψηλής αντοχής από χάλυβαείναι η χωρητικότητα φορτίου-του. Σύμφωνα με τις μεθόδους υπολογισμού AGMA 2001-D04, παράγοντες όπως η ποιότητα υλικού, το επίπεδο σκληρότητας και ο τύπος θερμικής επεξεργασίας επηρεάζουν άμεσα την ικανότητα φόρτωσης του γραναζιού-με ενανθρακωμένους και σκληρυμένους χάλυβες (όπως η σκληρότητα 6 RC, σκληρότητα 93-93) του γραναζιού παρέχοντας βέλτιστη αντίσταση τόσο στην κόπωση από επαφή (τρύπημα) όσο και στην κόπωση από κάμψη δοντιών.

Τα μεταλλικά γρανάζια έχουν εξαιρετικά ισχυρή αντοχή στη φθορά και την τριβή, καθιστώντας τα πολύ κατάλληλα για συνεχή, υψηλή-ταχύτητα και υψηλή ροπή. Εάν λιπαίνονται και συντηρούνται σωστά, ένα σετ εργαλείων από χάλυβα μπορεί να διαρκέσει για δεκαετίες. Εξάλλου,Γρανάζια από χάλυβα κατεργασμένα με CNCμπορεί να διατηρήσει εξαιρετικά σφιχτές ανοχές (ISO 1328-1 Grade 5 ή καλύτερο).

Μειονεκτήματα

Το μειονέκτημά του είναι ότι έχει μεγάλο βάρος και αυξάνει την αδράνεια του συστήματος, η οποία δεν είναι φιλική σε εξοπλισμό ή εφαρμογές που απαιτούν συχνή διακοπή εκκίνησης. Και χωρίς συνεχή παροχή λαδιού ή γράσου, η επαφή χάλυβα με χάλυβα μπορεί να προκαλέσει δάγκωμα και εμπλοκή. Ένα άλλο μειονέκτημα είναι ότι ο συνηθισμένος χάλυβας είναι επιρρεπής σε σκουριά και διάβρωση και έχει υψηλό θόρυβο λειτουργίας.

Καλύτερο για

Βιομηχανικόςατσάλινα γρανάζιαείναι η καλύτερη επιλογή για εφαρμογές όπως συστήματα μετάδοσης και διαφορικά αυτοκινήτων, βαρύς-βιομηχανικός εξοπλισμός (μεταφορείς, θραυστήρες, μηχανήματα εξόρυξης), συσκευές μηχανικής μετάδοσης κίνησης CNC υψηλής ακρίβειας, κ.λπ.

Ορειχάλκινα ελικοειδή γρανάζιαπαρέχουν μέτρια μηχανική αντοχή (αντοχή εφελκυσμού συνήθως 300-500 MPa, περίπου 40-60% ανθρακούχου χάλυβα) και καλή απόδοση τριβής, που χρησιμοποιείται κυρίως στον τομέα των οργάνων ακριβείας. Τα ορειχάλκινα γρανάζια κατασκευάζονται συνήθως από κράματα όπως το C36000 (ορείχαλκος εύκολης κοπής) ή ο ορείχαλκος ναυτικό. Το μεγαλύτερο χαρακτηριστικό είναι η εξαιρετική δυνατότητα επεξεργασίας. Παράγει μικρά τσιπ και έχει ελάχιστη φθορά στα κοπτικά εργαλεία. Με αποδεκτό κόστος, μπορεί να παράγει ορειχάλκινα γρανάζια υψηλής ακρίβειας και πολύπλοκης ακρίβειας.

Είναι σημαντικό ότι ο ορείχαλκος υπερέχει στις εφαρμογές με ατέρμονα γρανάζια - οι τροχοί ατέρμονας ορείχαλκου σε συνδυασμό με ατέρμονες ατέρμονες αντιπροσωπεύουν την τυπική διαμόρφωση του κλάδου λόγω της βέλτιστης κατανομής φορτίου και χαρακτηριστικών φθοράς.

Φόντα

Το βασικό χαρακτηριστικό αυτού του υλικού είναι η υψηλή φυσική λιπαντικότητά του. Ειδικά όταν χρησιμοποιείται ορείχαλκος σε συνδυασμό με χάλυβα, το αποτέλεσμα είναι εξαιρετικό.Γρανάζια χαμηλού θορύβουείναι επίσης συνήθως κατασκευασμένα από ορείχαλκο, καθώς αυτό το υλικό είναι πιο μαλακό από το ατσάλι και παρέχει καλύτερη απόσβεση κραδασμών. Επιπλέον, τα ορειχάλκινα γρανάζια έχουν εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση στο νερό.

Μειονεκτήματα

Τα μειονεκτήματα του ορείχαλκου είναι επίσης εμφανή, καθώς η αντοχή σε εφελκυσμό και το όριο απόδοσης του είναι σημαντικά χαμηλότερα από τον χάλυβα, καθιστώντας τον ακατάλληλο για εφαρμογές υψηλής πρόσκρουσης ή βαρέως-καθήκοντα. Ένα άλλο μειονέκτημα είναι ότι σε σύγκριση με τον χάλυβα, ο ορείχαλκος δεν είναι ανθεκτικός στη θερμότητα-. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, η δύναμή του θα μειώνεται γρήγορα. Τέλος, λόγω των σημαντικών διακυμάνσεων στις τιμές του χαλκού, το κόστος των πρώτων υλών ορείχαλκου πρέπει επίσης να εξετάσει εάν είναι φθηνότερες από τον τυπικό χάλυβα.

Καλύτερο για

Αυτολιπαινόμενα γρανάζιακατασκευασμένα από ορείχαλκο (ή σε συνδυασμό με χάλυβα) είναι εξαιρετικά κατάλληλα για όργανα ακριβείας, μετρητές και μετρητές, μηχανισμούς ρολογιών, μηχανισμούς κίνησης ατέρμονων γραναζιών (ορείχαλκοςατέρμονα εργαλείασε συνδυασμό με ατσάλινο ατέρμονα είναι στάνταρ), εφαρμογές χαμηλού θορύβου-που απαιτούν μέτρια ένταση, θαλάσσια περιβάλλοντα ή εξοπλισμός μέτρησης νερού και πολλά άλλα.

Σημείωμα:Τα ορειχάλκινα γρανάζια συνιστώνται γενικά για τάσεις επαφής πολύ χαμηλότερες από αυτές των γραναζιών από σκληρυμένο χάλυβα, γεγονός που τα καθιστά ακατάλληλα για εφαρμογές μετάδοσης ισχύος βαρέως τύπου.

Ειδικά στη μηχανική θερμοπλαστικώνΕλικοειδή γρανάζια POM, μπορεί να γνωρίζετε για αυτό το υλικό μέσω των εμπορικών ονομάτων Delrin (DuPont Seisteel) ή Acetal (Acetal). Το POM, ως ημικρυσταλλικό θερμοπλαστικό μηχανικής, έχει ακαμψία, εξαιρετική σταθερότητα διαστάσεων και μπορεί επίσης να παραχθεί μαζικά- μέσω μηχανικής κατεργασίας CNC ή χύτευσης με έγχυση.Πλαστικά ελικοειδή γρανάζιακατασκευασμένο από POM έχει μια φυσικά λεία και χημικά ανθεκτική επιφάνεια.

Φόντα

Το πιο προφανές πλεονέκτημα του POM είναι το μικρό του βάρος, το οποίο είναι περίπου 80% ελαφρύτερο από το ατσάλι. Είναι το καλύτερο υλικό γιααθόρυβα γρανάζιακαι έχει εξαιρετική απόσβεση χαμηλού θορύβου και κραδασμών. Τα γρανάζια POM είναι ουσιαστικάαυτολιπαινόμενα πλαστικά γρανάζια, πράγμα που σημαίνει ότι μπορούν συνήθως να λειτουργήσουν χωρίς λάδι ή γράσο. Ταυτόχρονα, έχει επίσης εξαιρετική αντοχή στην κόπωση και αντοχή στη φθορά. Επιπλέον, μπορεί επίσης να ανεχθεί διαλύτες και καύσιμα. Για την ιατρική και τη βιομηχανία τροφίμων,εξοπλισμός ποιότητας τροφίμωνΤα κατασκευασμένα από συγκεκριμένους βαθμούς POM συμμορφώνονται με τις απαιτήσεις συμμόρφωσης του FDA και του USDA.

Μειονεκτήματα

Το μεγαλύτερο μειονέκτημα είναι ότι η αντοχή του δεν συγκρίνεται με το μέταλλο. Μεταξύ των τριών υλικών που περιγράφονται σε αυτό το άρθρο, έχει τη χαμηλότερη-φέρουσα ικανότητα και θα αστοχήσει υπό υψηλή ροπή ή κρουστικά φορτία. Δεύτερον, η θερμοκρασία είναι επίσης ένας σημαντικός περιοριστικός παράγοντας. Η τυπική ονομαστική θερμοκρασία λειτουργίας του POM είναι μεταξύ -40 βαθμούς C και 90 βαθμούς C, πέραν των οποίων θα μαλακώσει και θα παραμορφωθεί. Επιπλέον, αν και το πλαστικό έχει καλή σταθερότητα διαστάσεων, μπορεί να προκύψουν μικρές αλλαγές διαστάσεων λόγω απορρόφησης υγρασίας ή θερμικής διαστολής, κάτι που μπορεί να επηρεάσει το πλέγμα σε εφαρμογές υψηλής ακρίβειας.

Καλύτερο για

Τα γρανάζια Delrin και τα εξαρτήματα ακετάλης από POM είναι η προτιμώμενη επιλογή για εφαρμογές όπως εξοπλισμός γραφείου (εκτυπωτές, φωτοαντιγραφικά)γρανάζια ιατροτεχνολογικών προϊόντων(όπου η λίπανση μπορεί να δημιουργήσει κίνδυνο μόλυνσης), εξοπλισμός επεξεργασίας τροφίμων (μεταφορείς, εμφιάλωση) και ελαφριά μετάδοση για ρομπότ.

Για να σας βοηθήσουμε να κατανοήσετε καλύτερα τις διαφορές μεταξύ των τριών υλικών, έχουμε συντάξει έναν πίνακα για αναφορά.

Σημείωση: Η αντίσταση στη διάβρωση του χάλυβα εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τον τύπο (ανοξείδωτο ατσάλι έναντι ανθρακούχου χάλυβα) και την επιφανειακή επίστρωση.

Βλέποντας αυτό, μπορεί να εξακολουθείτε να μην είστε σίγουροι για το ποιο υλικό να επιλέξετε τελικά, αλλά δεν πειράζει. Το Hasnheng Automation σάς παρέχει επίσης έναν οδηγό αποφάσεων.

Λάβετε υπόψη ότι αυτός ο οδηγός επιλογής ταχυτήτων βασίζεται στη δική μας κατασκευαστική εμπειρία στην προσαρμογή διαφόρων τύπων γραναζιών και είναι μόνο για αναφορά. Εάν δεν μπορείτε να πάρετε μια απόφαση ή χρειάζεστε κάποιον να σας βοηθήσει με μια επιστημονική στρατηγική, μη διστάσετε να το κάνετεεπικοινωνήστε μαζί μαςκαι μπορούμε να ανταποκριθούμε γρήγορα στις ανάγκες σας.

Επικοινωνήστε τώρα

Επιλέξτε Steel εάν χρειάζεστε

• Εφαρμογές υψηλού φορτίου, υψηλής ροπής:κινητοί μεταφορείς-βαρέως τύπου, κινητήριοι τροχοί οχημάτων.
• Μεγάλη διάρκεια ζωής:Το μηχάνημα λειτουργεί 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα, και το κόστος διακοπής και αντικατάστασης ταχυτήτων είναι πολύ υψηλό.
• Δυσμενές περιβάλλον εργασίας:υψηλή θερμοκρασία, υψηλούς κραδασμούς ή υψηλό φορτίο κρούσης.
• Επίδομα προϋπολογισμού:Έχετε προϋπολογισμό για σύστημα θερμικής επεξεργασίας και λίπανσης.

Επιλέξτε Brass εάν χρειάζεστε

• Λειτουργία χαμηλού θορύβου:Το περιβάλλον δεν μπορεί να δεχτεί τον ήχο της κρούσης μετάλλου, αλλά η αντοχή του πλαστικού είναι ανεπαρκής.
• Όργανα ακριβείας:απαιτούν ομαλή κίνηση και απόδοση κατά του δαγκώματος.
• Διαβρωτικό περιβάλλον:εκτίθεται σε νερό ή ψεκασμό αλατιού και η επεξεργασία από ανοξείδωτο χάλυβα είναι πολύ δύσκολη.
• Μέση χωρητικότητα φορτίου:επιτυγχάνοντας μια ισορροπία μεταξύ των αδυναμιών του πλαστικού και της υπερβολικής σκληρότητας του χάλυβα.

Επιλέξτε POM εάν χρειάζεστε

• Εφαρμογή ελαφρού φορτίου:την εσωτερική δομή των ηλεκτρονικών προϊόντων ή των μικρών οικιακών συσκευών.
• Εξαιρετικά ευαίσθητα στο θόρυβο περιβάλλοντα:νοσοκομεία, μηχανήματα συσκευασίας τροφίμων ή οικιακά καταναλωτικά αγαθά.
• Ελαφρύς σχεδιασμός:Κάθε γραμμάριο βάρους είναι σημαντικό για φορητές συσκευές ή drones.
• Χωρίς απαιτήσεις λίπανσης:καθαρό περιβάλλον, μηχανήματα επεξεργασίας χαρτιού ή κλωστοϋφαντουργίας.
• Εφαρμογές ποιότητας τροφίμων/ιατρικών εφαρμογών:άμεση επαφή με τρόφιμα ή αποστειρωμένο περιβάλλον.

Εάν εξακολουθείτε να μαθαίνετε πώς να επιλέγετε υλικό γραναζιών, να θυμάστε ότι πολλά συστήματα μετάδοσης χρησιμοποιούν μια υβριδική προσέγγιση, όπως ορειχάλκινα γρανάζια με ατέρμονα ατέρμονα ατέρμονα ή γρανάζια POM από χάλυβα, για να μεγιστοποιήσουν τα πλεονεκτήματα

Μπορώ να αναμίξω διαφορετικά υλικά, όπως να συνδυάσω ένα ατσάλινο γρανάζι με ένα πλαστικό;

Φυσικά, αυτό είναι στην πραγματικότητα αρκετά συνηθισμένο. Η συνήθης πρακτική είναι η χρήση μεταλλικών οδοντωτών τροχών σε συνδυασμό με πλαστικά ελικοειδή γρανάζια μεγάλα γρανάζια. Αυτό όχι μόνο μειώνει τον θόρυβο, αλλά μειώνει επίσης την τριβή και τη φθορά μεταξύ των γραναζιών ζευγαρώματος. Ωστόσο, να θυμάστε ότι το όριο φορτίου ολόκληρου του συστήματος μετά την ανάμειξη και το ταίριασμα εξαρτάται από το ασθενέστερο πλαστικό γρανάζι.

Γιατί τα Helical Gears είναι πιο ακριβά στην κατασκευή από τα Spur Gears;

Ναι, τα προσαρμοσμένα ελικοειδή γρανάζια είναι γενικά ελαφρώς πιο ακριβά από τα γρανάζια. Κυρίως επειδή η Γωνία Helix είναι δύσκολο να χειριστεί κανείς, η ρύθμιση της κατεργασίας με γρανάζια CNC είναι πιο περίπλοκη, η διαδρομή κατεργασίας γίνεται μακρύτερη και για να εξασφαλιστεί η ακρίβεια αυτής της γωνίας, η ανίχνευση είναι επίσης πιο περίπλοκη.

Πώς επηρεάζει η γωνία έλικας την επιλογή υλικού γραναζιού;

Θα έχει αντίκτυπο. Όταν ένα ελικοειδή γρανάζι περιστρέφεται, θα υπάρχει αξονική ώθηση και όσο μεγαλύτερη είναι η γωνία, τόσο μεγαλύτερη είναι η ώθηση. Εάν πρόκειται για πλαστικό γρανάζι, όπως ελικοειδή γρανάζια POM, η υπερβολική αξονική δύναμη μπορεί εύκολα να προκαλέσει ερπυσμό ή παραμόρφωση. Έτσι, εάν το αξονικό φορτίο είναι υψηλό, η χρήση χαλύβδινων ελικοειδών γραναζιών ή ορείχαλκου υψηλής- αντοχής θα είναι πιο ασφαλής.

Ποιες πληροφορίες πρέπει να παρέχω για μια προσφορά προσαρμοσμένου εργαλείου;

Για να σας παρέχουμε τις πιο ακριβείς συμβουλές και προσφορά για την επιλογή υλικού γραναζιών, παρέχετε τα ακόλουθα:

Λεπτομερή σχέδια (συμπεριλαμβανομένων παραμέτρων όπως συντελεστής, αριθμός δοντιών, γωνία έλικας κ.λπ.).

Φόρτος εργασίας (ροπή και ταχύτητα).

Περιβάλλον εφαρμογής (όπως εάν η θερμοκρασία είναι υψηλή ή όχι και εάν υπάρχει διαβρωτικότητα).

Απαιτήσεις επιπέδου ακρίβειας (AGMA ή ISO).

Αναμενόμενη διάρκεια ζωής και απαιτήσεις θορύβου.

Η επιλογή υλικού είναι το πρώτο βήμα και η κατασκευή των γραναζιών σύμφωνα με τα σχέδια είναι το δεύτερο. Ακόμη και ελαφρά σφάλματα στη γωνία της έλικας ή στη διάμετρο του βήματος μπορεί να οδηγήσουν σε αστοχία του γραναζιού, ανεξάρτητα από το υλικό.

Αυτός είναι ο λόγος συνεργασίας με έναν επαγγελματίακατασκευαστής προσαρμοσμένων εργαλείωνείναι κρίσιμο. Ένας επαγγελματίας προμηθευτής δεν παρέχει απλώς υπηρεσίες μηχανουργικής κατεργασίας. στην Hasnheng Automation, προσφέρουμε επίσης συμβουλές Design for Manufacturing (DFM). Μπορούμε να σας πούμε εάν ο ανοξείδωτος χάλυβας 316 που επιλέξατε θα επιφέρει περιττό κόστος λόγω δυσκολιών μηχανικής κατεργασίας ή εάν μια συγκεκριμένη κατηγορία POM θα ήταν πιο κατάλληλη για τις απαιτήσεις σας.

Στο εργοστάσιό μας, χρησιμοποιούμε προηγμένεςΚατεργασία εργαλείων CNCικανότητα επεξεργασίας μεγάλου φάσματος υλικών. Κατανοούμε τις μοναδικές παραμέτρους κοπής που απαιτούνται για χάλυβα και πλαστικά. Είτε χρειάζεστε ένα πρωτότυπο είτε 10.000 μονάδες για μαζική παραγωγή, ο αυστηρός ποιοτικός μας έλεγχος διασφαλίζει ότι τα γρανάζια που παράγονται πληρούν τις προδιαγραφές σας. Ως απρομηθευτής εργαλείων ακριβείας, στοχεύουμε να σας παρέχουμε μια-λύση για ακριβή μετάδοση εργαλείων, εξοικονομώντας χρόνο, προσπάθεια και κόστος στους πελάτες μας.

Τέλος, αυτό που θέλει να εκφράσει ο Hansheng είναι ότι δεν υπάρχει το "καλύτερο" υλικό για κάθε εργαλείο, παρά μόνο το υλικό που είναι πιο κατάλληλο για τη συγκεκριμένη εφαρμογή σας. Ο χάλυβας παρέχει απαράμιλλη αντοχή, ο ορείχαλκος προσφέρει ομαλή ακρίβεια και το POM φέρνει ησυχία και ελαφρύ. Αξιολογώντας προσεκτικά το φορτίο, το περιβάλλον και τον προϋπολογισμό σας, μπορείτε να βελτιστοποιήσετε την απόδοση και τη διάρκεια ζωής του σχεδίου σας.

Χρειάζεστε βοήθεια για να επιλέξετε το κατάλληλο υλικό για εσάςπροσαρμοσμένα ελικοειδή γρανάζια? Επικοινωνήστε με την ομάδα μηχανικών μας για δωρεάν συμβουλευτική και προσφορά.

Ως επαγγελματίας προμηθευτής εργαλείων ακριβείας, οι διαδικασίες κατασκευής και δοκιμών μας τηρούν αυστηρά τα διεθνώς αναγνωρισμένα βιομηχανικά πρότυπα.

AGMA 2001-D04: Θεμελιώδεις συντελεστές αξιολόγησης και μέθοδοι υπολογισμού για δόντια έλικας και ελικοειδούς γραναζιού.

ISO 1328-1:2013: Κυλινδρικά γρανάζια - Σύστημα ISO ταξινόμησης ανοχής πλευρών.

VDI 2736: Thermoplastic Gear Teeth.

Machinery's Handbook (31st Edition): Gearing Section - Materials and Heat Treatment.

ASTM B16 / B16M: Τυπική προδιαγραφή για δωρεάν-Κοπή ράβδων, ράβδων και σχημάτων ορείχαλκου.