Вибір матеріалу для індивідуальних гвинтових шестерень-Сталь, латунь або пластик (POM)

Матеріал визначає термін служби,-несучу здатність, шумові характеристики та економічну-ефективність кінцевого проекту механізму. Неправильний вибір матеріалу вплине на продуктивність шестерень і навіть може зробити їх непридатними. Як апрофесійний виробник точних механічних компонентів, після співпраці з численними клієнтами я вважаю, що ви, можливо, думаєте про те, чи обрати абсолютну міцність легованої сталі, стійкість до корозії латуні чи ефект зменшення шуму від інженерних пластмас для вашого проекту зубчастої передачі?

Hansheng Automation проаналізує три найпоширенішігвинтова передачаматеріалів- сталь, латунь іPOM пластик- і деякі стратегії вибору в статті, сподіваючись бути корисними для вас.

Перш ніж пояснювати конкретні матеріали, давайте спочатку визначимо критерії відбору. Коли клієнт обирає нас, щоб налаштувати косозубу передачу для нього, ми оцінюємо сценарій застосування на основі наступних п’яти основних факторів під час підтвердження вибору матеріалу для передачі.

Сталеві гвинтові передачізазвичай є найбільш підходящим вибором для промислової передачі електроенергії. Сталеві шестерні зазвичай виготовляються з вуглецевої сталі (наприклад, 1045), легованої сталі (наприклад, 4140 або 8620) або нержавіючої сталі (303, 304 або 316). Особливістю сталі є те, що вона може приймати різні форми термічної обробки, такі як цементація, індукційне загартування або процеси азотування.Термічно обробленийзубчасті колеса можуть досягти надзвичайно високої твердості поверхні, зберігаючи міцний і пластичний сердечник для поглинання ударних навантажень.

Переваги

Основна перевагасталеві високоміцні шестерніце їх-несуча здатність. Згідно з методами розрахунку AGMA 2001-D04, такі фактори, як клас матеріалу, рівень твердості та тип термічної обробки, безпосередньо впливають на навантажувальну здатність шестерні-з цементованою та загартованою сталлю (наприклад, 8620 або 9310), що досягає твердості поверхні 58-62 HRC, забезпечуючи оптимальний опір як контактна втома (точка), так і втома при згині зуба.

Сталеві шестерні мають надзвичайно високу стійкість до зношування та стирання, що робить їх дуже придатними для безперервної, високо-швидкісної роботи та високого крутного моменту. За умови правильного змащування та обслуговування набір сталевих шестерень може прослужити десятиліттями. Крім того,Сталеві шестерні з ЧПУможе підтримувати надзвичайно жорсткі допуски (ISO 1328-1 клас 5 або вище).

Недоліки

Його недоліком є ​​те, що він має високу вагу та збільшує інерційність системи, що не є дружнім до обладнання чи додатків, які вимагають частої зупинки запуску. А без постійної подачі масла або мастила контакт сталі зі сталлю може спричинити заїдання та заклинювання. Іншим недоліком є ​​те, що звичайна сталь схильна до іржавіння та корозії, має високий робочий шум.

Найкраще для

Індустріальнийсталеві шестерніє найкращим вибором для таких застосувань, як автомобільні трансмісійні системи та диференціали, важке-промислове обладнання (конвеєри, дробарки, гірниче обладнання), високо{1}}точні механічні приводні пристрої з ЧПК тощо.

Латунні гвинтові шестернізабезпечують помірну механічну міцність (межа міцності на розрив зазвичай 300-500 МПа, приблизно 40-60% вуглецевої сталі) і хороші характеристики тертя, в основному використовуються в області точних інструментів. Латунні шестерні зазвичай виготовляються зі сплавів, таких як C36000 (латунь, що легко ріжеться) або темно-синя латунь. Найбільшою особливістю є відмінна технологічність; Він утворює дрібну стружку та має мінімальний знос ріжучих інструментів. За прийнятною ціною він може виготовляти дуже складні та точні латунні шестерні.

Важливо відзначити, що латунь перевершує застосування черв’ячних передач - латунні черв’ячні колеса в поєднанні зі сталевими черв’яками представляють конфігурацію промислового стандарту завдяки оптимальному розподілу навантаження та характеристикам зносу.

Переваги

Основною характеристикою цього матеріалу є його висока природна змащувальна здатність. Особливо, коли латунь використовується в поєднанні зі сталлю, ефект чудовий.Низький рівень шуму передачтакож зазвичай виготовляються з латуні, оскільки цей матеріал м’якший за сталь і забезпечує краще гасіння вібрації. Крім того, латунні шестерні мають чудову стійкість до корозії.

Недоліки

Недоліки латуні також очевидні, оскільки її межа міцності на розрив і межа текучості значно нижчі, ніж у сталі, що робить її непридатною для застосування з високими -навантаженнями. Іншим недоліком є ​​те, що порівняно зі сталлю латунь не є жаростійкою-; З підвищенням температури його міцність буде швидко знижуватися. Нарешті, через значні коливання цін на мідь вартість латунної сировини також повинна враховувати, чи є вона дешевшою за стандартну сталь.

Найкраще для

Шестерні, що самозмащуютьсявиготовлені з латуні (або в поєднанні зі сталлю) дуже підходять для точних приладів, лічильників і калібрів, годинникових механізмів, черв'ячних передач (латуньчерв'ячна передачау поєднанні зі сталевим черв’ячним механізмом є стандартним), мало{0}}шумні програми, що вимагають помірної інтенсивності, морське середовище або обладнання для вимірювання води тощо.

Примітка:Латунні зубчасті колеса зазвичай рекомендуються для контактних напружень, значно нижчих за контактні зубчасті колеса із загартованої сталі, що робить їх непридатними для важких-застосувань передачі енергії.

Особливо в інженерних термопластахГвинтові зубчасті колеса POM, ви можете знати про цей матеріал через торгові назви Delrin (DuPont Seisteel) або Acetal (Ацеталь). POM, як напівкристалічний технічний термопласт, має жорсткість, чудову стабільність розмірів і може також масово-вироблятися за допомогою обробки з ЧПК або лиття під тиском.Пластикові косозубі шестернізроблені з POM мають природно гладку і хімічно стійку поверхню.

Переваги

Найбільш очевидною перевагою POM є його легка вага, яка приблизно на 80% легша за сталь. Це найкращий матеріал длябезшумні передачіі має відмінний низький рівень шуму та гасіння вібрації. По суті, зубчасті передачі POMпластикові шестерні, що самозмащуються, що означає, що вони, як правило, можуть працювати без масла чи мастила. У той же час він також має чудову стійкість до втоми та зносостійкість. Крім того, він також може переносити розчинники та паливо. Для медичної та харчової промисловості,харчове обладнаннявиготовлені з певних марок POM, відповідають вимогам FDA та USDA.

Недоліки

Найбільшим недоліком є ​​те, що його міцність не зрівняється з металом. Серед трьох матеріалів, описаних у цій статті, він має найнижчу-несучу здатність і виходить з ладу під високим крутним моментом або ударними навантаженнями. По-друге, температура також є основним обмежуючим фактором; Типова номінальна робоча температура POM становить від -40 градусів C до 90 градусів C, за якої він розм’якшується та деформується. Крім того, хоча пластик має добру стабільність розмірів, можливі незначні зміни розмірів через поглинання вологи або теплове розширення, що може вплинути на сітку у високоточних застосуваннях.

Найкраще для

Редуктори Delrin та ацетальні компоненти, виготовлені з POM, є кращим вибором для таких застосувань, як офісне обладнання (принтери, копіювальні апарати),механізми медичного обладнання(де змащування може становити ризик забруднення), обладнання для харчової промисловості (конвеєри, розлив) і легку трансмісію для роботів.

Щоб допомогти вам краще зрозуміти відмінності між трьома матеріалами, ми склали для вас таблицю.

Примітка. Стійкість сталі до корозії значною мірою залежить від типу (нержавіюча сталь чи вуглецева сталь) і покриття поверхні.

Побачивши це, ви все ще можете не впевнені, який матеріал остаточно вибрати, але це нормально. Hasnheng Automation також надає вам посібник із прийняття рішень.

Зверніть увагу, що цей посібник із вибору передач базується на нашому власному виробничому досвіді налаштування різних типів передач і призначений лише для довідки. Якщо ви не можете прийняти рішення або вам потрібна допомога з науковою стратегією, не соромтеся це зробитизв'яжіться з намиі ми зможемо швидко відповісти на ваші потреби.

Зв'язатися зараз

Виберіть сталь, якщо вам потрібно

• Високе навантаження, високий крутний момент:мобільні важкі-конвеєри, приводні колеса транспортних засобів.
• Тривалий термін служби:Машина працює 24/7, а вартість зупинки та заміни передач занадто висока.
• Несприятливе робоче середовище:висока температура, сильна вібрація або сильне ударне навантаження.
• Бюджетна допомога:У вас є бюджет на систему термічної обробки та змащення.

Виберіть латунь, якщо вам потрібно

• Низький рівень шуму:Навколишнє середовище не сприймає звук удару металу, але міцність пластику недостатня.
• Точні прилади:вимагають плавного руху та дії проти прикусу.
• Корозійне середовище:піддається впливу води або сольових бризок, а обробка нержавіючої сталі надто складна.
• Середня вантажопідйомність:встановлюючи баланс між недоліками пластику та надмірною міцністю сталі.

Виберіть POM, якщо вам потрібно

• Невелике навантаження:внутрішню структуру електронних виробів або малої побутової техніки.
• Надзвичайно чутливі до шуму середовища:лікарні, обладнання для пакування харчових продуктів або побутових товарів.
• Легка конструкція:Для портативних пристроїв чи дронів важливий кожен грам ваги.
• Немає вимог до мастила:середовище чистих приміщень, обробка паперу або текстильні машини.
• Харчове/медичне застосування:прямий контакт з харчовими продуктами або стерильними середовищами.

Якщо ви все ще вчитеся обирати матеріал для зубчастих передач, пам’ятайте, що багато систем трансмісії використовують гібридний підхід, наприклад сталевий черв’як приводить у рух латунні шестерні або сталеву шестерню приводить у рух шестерні POM, щоб максимізувати переваги

Чи можна змішувати різні матеріали, наприклад, поєднувати сталеву шестірню з пластиковою?

Звичайно, насправді це досить поширене явище. Звичайною практикою є використання металевих шестерень у парі з пластиковими гвинтовими шестернями великих шестерень. Це не тільки зменшує шум, але також зменшує тертя та знос між сполученими шестернями. Однак пам'ятайте, що межа навантаження всієї системи після змішування та узгодження залежить від слабшої пластикової шестерні.

Чому косозубі шестерні дорожчі у виробництві, ніж прямозубі?

Так, косозубі шестерні, виготовлені на замовлення, зазвичай трохи дорожчі за прямозубі. Головним чином через те, що кут спіралі важко обробляти, налаштування обробки зубчастих коліс з ЧПУ є складнішими, шлях обробки стає довшим, а для забезпечення точності цього кута виявлення також є складнішим.

Як кут нахилу спіралі впливає на вибір матеріалу шестерні?

Це матиме вплив. При обертанні косозубої шестерні виникає осьова тяга, і чим більший кут, тим більша тяга. Якщо це пластикова передача, наприклад гвинтові передачі POM, надмірна осьова сила може легко спричинити повзучість або деформацію. Отже, якщо осьове навантаження велике, використання сталевих гвинтових передач або високо-міцної латуні буде безпечнішим.

Яку інформацію мені потрібно надати для індивідуальної пропозиції спорядження?

Щоб надати вам найточнішу консультацію щодо вибору матеріалу для спорядження та пропозицію, надайте наступне:

Детальні креслення (включаючи такі параметри, як модуль, кількість зубів, кут нахилу спіралі тощо).

Робоче навантаження (крутний момент і швидкість).

Середовище застосування (наприклад, чи висока температура чи ні, чи є корозійна активність).

Вимоги до рівня точності (AGMA або ISO).

Очікуваний термін служби та вимоги до шуму.

Першим кроком є ​​вибір матеріалу, другим – виготовлення шестерень за кресленнями. Навіть незначні помилки в куті спіралі або діаметрі кроку можуть призвести до поломки шестерні, незалежно від матеріалу.

Ось чому співпрацювати з професіоналомвиробник спорядження на замовленнямає вирішальне значення. Професійний постачальник не просто надає послуги обробки; у Hasnheng Automation ми також пропонуємо консультації щодо проектування для виробництва (DFM). Ми можемо сказати вам, чи вибрана вами нержавіюча сталь 316 спричинить непотрібні витрати через труднощі обробки, чи певний сорт POM більше підійде для ваших вимог.

На нашому заводі ми використовуємо передовіМеханічна обробка зубчастих коліс з ЧПУздатність обробляти широкий спектр матеріалів. Ми розуміємо унікальні параметри різання, необхідні для сталі та пластику. Незалежно від того, чи потрібен вам один прототип чи 10 000 одиниць для масового виробництва, наш суворий контроль якості гарантує, що вироблені шестерні відповідають вашим вимогам. Як апостачальник прецизійних механізмів, ми прагнемо надати вам-універсальне рішення для точної зубчастої передачі, заощаджуючи час, зусилля та кошти наших клієнтів.

Нарешті, що Hansheng хоче висловити, це те, що не існує такого поняття, як «найкращий» матеріал для кожного механізму, є лише матеріал, який найбільше підходить для вашого конкретного застосування. Сталь забезпечує неперевершену міцність, латунь забезпечує плавну точність, а POM забезпечує безшумність і легкість. Ретельно оцінивши навантаження, навколишнє середовище та бюджет, ви зможете оптимізувати продуктивність і термін служби вашої конструкції.

Потрібна допомога у виборі правильного матеріалу для вашогонестандартні гвинтові шестерні? Зв’яжіться з нашою командою інженерів для безкоштовної консультації та пропозиції.

Як професійний постачальник прецизійних механізмів, наші процеси виробництва та тестування суворо відповідають міжнародно визнаним галузевим стандартам.

AGMA 2001-D04: Основні рейтингові фактори та методи розрахунку для евольвентних прямозубих і гвинтових зубів.

ISO 1328-1:2013: Циліндричні зубчасті колеса — система ISO класифікації допуску на бічні сторони.

VDI 2736: Термопластичні зуби шестерень.

Довідник з машинобудування (31-е видання): Розділ про зубчасті передачі - Матеріали та термічна обробка.

ASTM B16 / B16M: Стандартні специфікації для вільного-різання латунних стрижнів, прутків і форм.