Одной из самых сложных и, тем не менее, распространенных механических систем является зубчатая передача. Это отличный способ передачи механической энергии из одного места в другое и способ увеличения или уменьшения мощности (крутящего момента), а также увеличения или уменьшения скорости чего-либо.
Как сделать шестеренку своими руками? Проблема всегда заключаются в том, что для создания эффективных зубчатых колес требуется достаточно много навыков рисования и знание математики, а также умение создавать сложные детали.
Для любительского нет необходимости иметь максимальную эффективность, поэтому мы можем получить намного более легкую в изготовлении систему, даже с подручными инструментами.
Шестерня — это ряд зубьев на колесе. (Обратите внимание на диаграмму выше, они пометили неправильное количество зубьев на шестернях — извините)
Шаг 1: Формулы и расчеты
Формулы для рисования и изготовления зубьев зубчатых колес в избытке можно найти в интернете , но для новичка они кажутся очень сложными.
Я решил упростить задачу, и решение очень хорошо работает как в больших, так и в малых масштабах. В небольших масштабах это лучше всего подходит для машинной резки с помощью лазерных резаков, например, очень маленькие зубчатые колеса могут быть успешно изготовлены таким образом.
Шаг 2: Простой способ
Итак, форма зубца, если говорить просто, может представлять собой полукруг.
Шаг 3: Определяем размеры
Теперь мы можем определить параметры, чтобы сделать шестерню:
- Насколько большими / маленькими будут зубья шестерни (диаметр) — чем меньше шестерня, тем меньше должны быть зубья.
- Все зубья, которые собираются в сцепление (соединяются), должны быть одинакового размера, поэтому сначала нужно рассчитать меньшую шестерню.
Давайте начнем с зубьев размером 10 мм.
Я хочу шестерню с 5 зубьями, чтобы круг был 10х10 мм (в окружности) = 100 мм.
Чтобы нарисовать этот круг, мне нужно найти диаметр, поэтому я использую математику и калькулятор и делю окружность (100 мм) на Pi = 3,142.
Это дает мне диаметр 31,8 мм, и я могу нарисовать этот круг с помощью циркуля, а затем нарисовать с помощью циркуля на его окружности ровно 10 кругов диаметром 10 мм.
Если у вас есть такая возможность, то проще сделать все с помощью программного обеспечения для рисования. Если вы используете программное обеспечение, вы должны иметь возможность вращать круги зубьев вокруг основного круга, и вам нужно будет знать, как далеко повернуть каждый зуб. Это легко рассчитать: делите 360 градусов на количество кругов. Таким образом, для наших 10 кругов 360/10 = 36 градусов для каждого зуба.
Шаг 4: Делаем зубчатую форму
Удалите верхнюю часть одного круга и нижнюю часть следующего круга. Чтобы сделать это, у вас должно быть четное количество зубьев
У нас есть первая шестерня. Она может быть вырезана из дерева или металла с помощью базовых подручных инструментов, пил и напильников.
Этот процесс легко повторить для любого количества шестеренок, которое вам нужно. Держите размер круга по образцу, и они будут соответствовать друг другу.
Шаг 5: Получите шестерёнку
Поскольку такие полукруглые шестеренки легко вырезать, вы можете сделать их с помощью подручного инструмента и лобзика или пилы.
Раньше я делал шаблон из 9 или 10 зубьев на фанере и использовал его в качестве ориентира для моего ручного фрезера и без проблем вырезал шестерни.
Если у вас есть доступ к лазерному резцу, они могут быть вырезаны из акрила 3 или 5 мм толщины и быть очень маленьких размеров.
Владельцы домашних мастерских имеют много приспособлений и устройств, которые значительно облегчают ручной труд и повышают эффективность работы. Одним из таких механизмов является понижающий редуктор.
В основном он используется для того, чтобы скорость вращения выходного вала изменялась в меньшую сторону или повышался на нем крутящий момент. По своей конструкции это устройство может быть комбинированным, червячным или шестеренным, а также одно- и многоступенчатым.
Понижающий редуктор многие изготавливают своими руками.
Что такое редуктор?
Этот механизм представляет собой передаточное звено, которое располагается между вращательными устройствами электродвигателя или двигателя внутреннего сгорания к конечному рабочему агрегату.
Основными характеризующими показателями редуктора являются:
- передаваемая мощность;
- количество ведущих и ведомых вращательных валов.
К вращательным устройствам этого механизма неподвижно закрепляют зубчатые или червячные передачи , которые передают и регулируют движение от одного к другому. В корпусе имеются отверстия с подшипниками, на которых располагаются валы.
Необходимые материалы и инструменты
Чтобы изготовить редуктор могут потребоваться следующие материалы и инструменты:
- гаечные ключи и отвертки разнообразных форм и размеров;
- надфили, сверла;
- прокладки из резины;
- шайбы, обрезки труб, шестерни, болты, подшипники, шкивы, валы;
- инвертор;
- штангенциркуль, линейка;
- плоскогубцы;
- тиски, молоток;
- каркас от старого редуктора или стальные листы.
Как сделать редуктор своими руками?
Самой важной деталью понижающего редуктора считается его корпус. Он должен быть спроектирован и изготовлен правильно своими руками, так как от этого зависит взаимное положение валов и осей, соосность гнезд под опорные подшипники и зазоры между шестернями.
Корпусы промышленных редукторов изготавливают в основном методом литья из алюминиевых сплавов или чугуна , однако, в домашних условиях сделать это совершенно невозможно. Поэтому под свои нужды можно подобрать или доделать уже готовый корпус либо сварить из стального листа. Только в этом случае следует помнить, что в процессе сварки металл может «повести», и поэтому для сохранения соосности валов необходимо оставлять припуск.
Многие мастера делают по-другому. Чтобы не заморачиваться с расточными работами, они корпус начинают сваривать полностью, а вместо гнезд для опорных подшипников применяют отрезки трубы , которые выставляют в необходимом положении и только после этого окончательно закрепляют на месте при помощи сварки или болтами. Для облегчения обслуживания редуктора необходимо у корпуса сделать съемной верхнюю крышку, а снизу - сливное отверстие, которое будет использоваться для стока отработанного масла.
Опорой для шестеренок служат оси и валы редуктора. Обычно в одноступенчатом механизме используют только валы, имеющих жесткое крепление шестерен. Обе шестеренки в этом случае вращаются вместе со своими валами. Ось используют тогда, когда в редуктор необходимо вставить промежуточную шестеренку.
Она начинает свободно вращаться на своей оси с минимальным зазором , а чтобы не смещалась вбок, ее фиксируют гайкой, упорным буртиком или стопорными разрезными шайбами.
Валы следует изготавливать из стали, обладающей хорошей прочностью и замечательно поддающейся механической обработке.
Опорами для валов служат подшипники в редукторе. Они воспринимают нагрузки, возникающие в процессе работы механизма. Надежность и работоспособность редуктора целиком зависит от того, насколько правильно были подобраны подшипники.
Для механизма своими руками лучше всего подобрать подшипники закрытого типа , для которых требуется минимальное обслуживание. Они смазываются консистентной смазкой. Тип подшипников напрямую зависит от вида нагрузки.
При использовании прямозубых шестерен будет достаточно обыкновенных одно- или двухрядных шариковых подшипников.
Если в механизме присутствуют косозубые шестерни или червячные передачи, то на вал и подшипники начинает передаваться осевая нагрузка, что требует наличия шарикового или роликового радиально-упорного подшипника.
Другой довольно важной деталью редуктора являются шестерни. Благодаря им можно изменять частоту вращения выходного вала. Чтобы изготовить шестерни, необходимо специальное металлорежущее оборудование, поэтому для экономии можно использовать готовые детали со списанных устройств.
Очень важно в процессе монтажа шестерен выставить правильно зазор между ними, потому что от этого зависит уровень шума, возникающего во время работы редуктора и нагрузочная способность. Смазывать шестерни лучше всего жидким индустриальным маслом, которое заливают таким образом, чтобы оно покрыло зубья нижней шестерни. Смазка остальных деталей осуществляется при помощи разбрызгивания масла по внутренней полости механизма.
Сальниковые уплотнители валов предотвращают просачивание масла наружу из редуктора. Устанавливают их на выходах валов и закрепляют в подшипниковых крышках.
Чтобы предотвратить аварийное разрушение деталей механизма от больших нагрузок используют предохранительную муфту. Она бывает в виде сильфона, подпружиненных фрикционных дисков или срезаемого штифта.
Процесс монтажа очень сильно облегчают крышки подшипников , которые бывают сквозными или глухими. Подбирают их из готовых деталей или вытачивают на токарном станке.
Сфера применения редуктора
Этот механизм является незаменимым помощников в различных сферах деятельности человека. Обычно он применяется:
- в промышленности;
- в автомобильных коробках передач;
- в электрооборудовании и бытовой техники;
- в газодобывающей промышленности и многих других отраслях.
В промышленности этот механизм используется очень широко. В различных обрабатывающих станках он применяется как вращательная передающая деталь , повышающая скорость оборотов.
А вот в автомобильных коробках передач редуктор, наоборот, понижает частоту вращения двигателя. От того, насколько правильно отлажена его регулировка, зависит плавность и мягкость хода транспорта.
Это понижающее обороты устройство используется также в бытовой технике и электрооборудовании, имеющих электродвигатели. Это могут быть миксеры, стиральные машины, дрели, кухонные комбайны, болгарки.
Редукторы являются незаменимой частью вентиляционного оборудования, очистных сооружений, насосных систем. Они способствуют поддержанию оптимального давления газа в газопламенных установках.
Газодобывающая промышленность также не может обойтись без этого механизма. Транспортировка и хранение газов является довольно опасным процессом, поэтому используют редуктор, с помощью которого перекрывают доступ газа или открывают ему выход, регулируя напор.
Сборка редуктора своими руками из подручных средств – дело довольно хлопотное, но не слишком трудное. С его помощью уменьшается вращение выходного вала и увеличивается его крутящий момент. Производительность устройств или машины полностью зависит от этой детали. Используется этот механизм в самых разнообразных отраслях деятельности человека.
- Фёдор Ильич Артёмов
- Распечатать
Для изготовления шестерен используют такие материалы: железо, чугун, бронза, сталь простая углеродистая, специальные составы стали с примесью хрома, никеля, ванадия. Помимо металлов применяют смягчающие материалы: кожу, фибру, бумагу, они смягчают и обесшумливают зацепление. Но и металлические шестерни могут работать бесшумно, если их профиль выполнен с точностью. Для грубых передач производят «силовые» зубчатые колеса, их изготовляют литьем из чугуна и стали без последующей обработки. «Рабочие» зубчатые колеса для быстроходных передач изготовляются на фрезерных или зуборезных станках, с последующей термической обработкой – цементацией, которая предает зубьям твердость и устойчивость к износу. После цементации шестерни подвергаются обработке на шлифовальных станках.
Метод обката
Метод обката самый распространённый вариант изготовления шестерен, так как этот способ наиболее технологичный. В этом способе изготовления применяются такие инструменты: долбяк, червячная фреза, гребенка.
Метод обката с использованием долбяка
Для изготовления шестерен используется зубодолбёжный станок со специальным долбяком (шестерня оснащенная режущими кромками). Процедура изготовления шестерен происходит в несколько этапов, так как срезать за один раз весь лишний слой металла не возможно. При обработке заготовки, долбяк выполняет возвратно-поступательное движение и после каждого двойного хода, заготовка и долбяк проворачиваются на один шаг, как бы «обкатываются» друг по другу. Когда заготовка шестеренки сделает полный оборот, долбяк выполняет движение подачи к заготовке. Этот цикл производства выполняется, пока не будет удалён весь необходимый слой металла.
Метод обката с использованием гребёнки
Гребенка - режущий инструмент, его форма аналогична зубчатой рейки, но одна сторона зубьев гребенки заточена. Заготовка изготавливаемой шестерни производит вращательное движение вокруг оси. А гребёнка выполняет поступательное движение перпендикулярно оси шестерни и возвратно-поступательное движение параллельного оси колеса (шестеренки). Таким образом гребенка снимает лишний слой по всей ширине обода шестерни. Возможен другой вариант движения режущего инструмента и заготовки шестерни относительно друг друга, например, заготовка выполняет сложное прерывистое движение, скоординированное с движением гребенки, как будто совершается зацепление профиля нарезаемых зубьев с контуром режущего инструмента.
Этот метод позволяет изготовить шестерню при помощи червячной фрезы. Режущим инструментом в данном методе служит червячная фреза, которая совместно с заготовкой зубчатого колеса производят червячное зацепление.
Одна впадина шестеренки нарезается дисковой или пальцевой фрезой. Режущая часть фрезы, выполненная в виде формы этой впадины, нарезает шестерню. А при содействии делительного устройства нарезаемая шестеренка поворачивается на один угловой шаг и процесс нарезания повторяется. Этот способ изготовления шестерен использовался еще в начале ХХ века, он является не точным, впадины произведенного зубчатого колеса получаются разными, не идентичными.
Горячее и холодное накатывание
В этом способе производства шестерен применяется зубонакатный инструмент, который нагревает определенный слой заготовки до пластического состояния. После этого, нагретый слой деформируют для получения зубьев. А далее обкатывают зубья, изготавливаемого зубчатого колеса, до приобретения ними точной формы.
Изготовление конических шестерен
Для изготовления конических колес (конических шестеренок) применяют вариант обкатки в станочном зацеплении заготовки с воображаемым производящим колесом. Режущие кромки инструмента в процессе главного движения срезают припуск, таким образом, образовывают боковые поверхности будущей шестерни (шестеренки).
Здравствуйте) Сегодня, в процессе размышлений над смыслом всего сущего, я задался вопросом изготовления зубчатой рейки в домашних условиях. Я думаю некоторые уже сталкивались с этой проблемой - найти готовую зубчатую рейку весьма трудно, а выпиливать каждый зуб натфилем дело очень муторное (выдержать постоянный профиль и шаг довольно сложно). Конечно если модуль зуба не сликом мал, а длина рейки необходима небольшая, то можно и поморочится)) Но что делать если модуль например 0,5 мм (высота зуба 1,125 мм) и менее, а длина относительно большая? В серийном производстве такие рейки изготовляют на зубофрезерных или зубодолбежных станках (иногда штамповкой), в единичном на универсальных фрезерных станках пальцевой или дисковой профилированной фрезой. Для домашних условий предлагаю следующий способ (наверное для многих это не будет новостью, но может быть кому-то пригодится).
Итак, у нас имеется зубчатое колесо (m=0,35мм; высота зуба соответственно h=0,7875мм)
К сожалению будет необходимо кое чем пожертвовать((Жертвой выступит любое другое колесо с таким же модулем (Ну или хотя бы близким к нему). Диаметр здесь особой роли не играет, главное соответствие модуля. Вот две жертвы.
Проверяем. Подходят идеально)
Далее заготовка для будущей рейки, ею послужила пластина из часового механизма (хорошо видно, что на ней я уже тренировался).
Отжигаем ее и закрепляем в тисках.
Далее чеканим ее нашей жертвой. Для начала легкими ударами молотка по шестерне делаем метки.
Ну а потом лупим что есть мочи! неспеша и аккуратно вычеканиваем на высоту зуба.
Шаг при этом будет совпадать идеально. Профиль, конечно, не совершенен, но не думаю, что такой метод будет использован для реек в каких-нибудь очень ответственных механизмах))
После того, как мы прочеканили заготовку на необходимую глубину, дорабатываем натфилем. В результате получаем участок с профилем очень даже неплохого качества)
Контроль.
После этого можно спокойно вырезать саму рейку с уже готовым профилем)) Таким образом можно получать мелкомодульные рейки из нетвердых металлов. Было потрачено: две шестеренки, пол-часа времени (+ два эксперемента). Спасибо за внимание)
