- Yksityiskohtainen analyysi erityyppisistä hammaspyöristä ja niiden teknisistä sovelluksista lisäainevalmistuksessa.
- Erikoistuneiden teollisuusmateriaalien, kuten iglidur®:n, sekä FDM- ja SLS-painoprosessien vertailu.
- 3D-tulostuksen kilpailuedut ruiskuvaluun verrattuna prototyyppien ja varaosien valmistuksessa.
Jos olet joskus harkinnut vanhan koneen uutta elämää tai huomannut autosi muoviosan hajonneen, tiedät, että täydellisen korvaavan osan löytäminen voi olla todellinen päänsärky. Tässä kohtaa additiivinen valmistus astuu kuvaan , sillä sen avulla voimme 3D-tulostaa kodinkoneiden ja koneiden varaosia ja luoda räätälöityjä mekaanisia komponentteja heittämättä koko laitetta pois vain siksi, että pieni hammaspyörä on hajonnut.
Vaikka ensi silmäyksellä saattaa tuntua siltä, että sinun tarvitsee vain painaa "tulosta", todellisuudessa toimivien hammaspyörien suunnittelu on melko monimutkaista. Kyse ei ole vain hampaiden piirtämisestä, vaan käsitteiden, kuten moduulin ja välysten, ymmärtämisestä , jotta osat eivät juutu ja kestävät päivittäisen käytön rasitukset. Katsotaanpa tarkemmin, miten tietokoneella syntyneestä ideasta siirrytään fyysiseksi osaksi, joka liikuttaa maailmaa.
Vaihteiston peruskäsitteet ja anatomia
Jotta kaksi hammaspyörää välittäisivät voimaa ja liikettä oikein, niillä on oltava tietyt yhteiset parametrit. Perusosa on hammaspyörän kehä , jossa hampaat sijaitsevat. Ymmärtääksemme, miten ne kytkeytyvät toisiinsa, meidän on tarkasteltava jakoympyrää , joka on tarkka kohta, jossa nämä kaksi osaa koskettavat toisiaan. Lisäksi on ulko- ja sisäympyrät, jotka määrittävät kunkin hampaan harjan ja laakson.
Toinen tärkeä tieto on ympyräjako , joka on pohjimmiltaan etäisyys yhden hampaan pisteestä seuraavan hampaan samaan pisteeseen. Suunnittelussa meidän on myös optimoitava hammaspyörän runko käyttämällä varsia tai väliseiniä inertian vähentämiseksi ja osan kokonaispainon keventämiseksi vaarantamatta sen rakenteellista vakautta.
Vaihdelajikkeet niiden käyttötarkoituksen mukaan
Riippuen siitä, mitä haluamme liikuttaa ja mihin suuntaan, valitsemme erityyppisen mekanismin. Yleisimmät ovat suorat lieriöhammaspyörät , jotka sopivat erinomaisesti rinnakkaisille akseleille ja merkittäville nopeuden alennuksille kohtuullisilla nopeuksilla. Jos etsimme jotain tasaisempaa ja hiljaisempaa, vinohampaiset hammaspyörät ovat paras vaihtoehto, koska niiden kulmikkaat hampaat mahdollistavat suuremman tehon käsittelyn paljon tasaisemmalla liikkeellä.
- Kartiohammaspyörät: Niitä käytetään, kun akselit ovat kohtisuorassa (90 asteen kulmassa). Niissä voi olla suorat tai kierrehampaat riippuen nopeudesta ja kuormituksesta, jota niiden on kestettävä.
- Planeetta- tai episykliset järjestelmät: Ne koostuvat keskellä olevasta hammaspyörästä, jota kutsutaan "Auringoksi", ja jota ympäröivät "planeetat". Riippuen siitä, onko ulkorengas kiinteä vai liikkuva, voimme vaihdella lähtönopeutta tai jopa kääntää pyörimissuunnan.
- Matovaihteet ja -telineet: Ensimmäinen on täydellinen tärinän estämiseen ja tasaisen nopeuden ylläpitämiseen, kun taas teline on tärkein työkalu muuntaa pyörimisen lineaariseksi liikkeeksi.
Teollisuusmateriaalit ja painotekniikat
Kaikki muovit eivät sovellu voimansiirtoon. Vaikka FDM sopii erinomaisesti nopeaan prototyyppien valmistukseen, SLS-teknologia (selektiivinen lasersintraus) tarjoaa ylivoimaisen suunnitteluvapauden ja huomattavasti suuremman mekaanisen lujuuden. Ammattimaisissa sovelluksissa iglidur® -materiaaliperhe erottuu edukseen , sillä se on erityisesti suunniteltu vähentämään kulumista tribologisten ominaisuuksiensa ansiosta.
Esimerkiksi iglidur I3 on looginen valinta lieriö- ja kartiohammaspyörille suuren lujuutensa ansiosta, kun taas I6 on ihanteellinen materiaali vinohampaisille hammaspyörille liukumisominaisuuksiensa ansiosta. Ympäristöissä, joissa staattinen sähkö on ongelma, iglidur I8-ESD on täydellinen ratkaisu. Näiden polymeerien merkittävä etu on, että ne eivät vaadi ulkoista voitelua , koska niiden rakenteeseen on integroitu kiinteitä voiteluaineita.
3D-tulostus vs. ruiskuvalu
Menetelmästä, joka on paras, keskustellaan jatkuvasti. Kultainen sääntö on määrä: jos tarvitset 10 000 identtistä osaa, ruiskuvalu on kustannusten suhteen lyömätön. 3D-tulostus on kuitenkin selvä voittaja lyhyiden sarjojen, prototyyppien tai yksittäiskappaleiden valmistuksessa . Sen avulla voit säätää CAD-mallia lennossa ja saada lopullisen komponentin muutamassa tunnissa, välttäen perinteisen valmistuksen pitkät läpimenoajat.
Olemme nähneet tosielämän esimerkkejä siitä, kuinka tämä teknologia on pelastanut päivän. Formula Student -tiimit ovat luoneet alle 72 tunnissa kilpa-autojen hammasrattaita ja entisöineet nopeusmittareita 20-luvun klassisissa autoissa, joihin ei ole enää varaosia saatavilla. Jopa kriittisissä palveluissa, kuten paloautoissa , kalliit servomoottorivaihteet on korvattu 3D-tulostetuilla versioilla, jotka käsittelevät tehokkaasti suuria kuormia.
Käytännön vinkkejä suunnitteluun ja valmistukseen
Jos päätät suunnitella hammaspyöräsi itse, ole varovainen toleranssien kanssa. 3D-tulostuksessa, erityisesti FDM-tulostuksessa, osat pyrkivät laajenemaan hieman. Siksi on tärkeää ottaa huomioon tekninen välys ; eli hampaiden välisen raon tulisi olla hieman leveämpi kuin itse hammas, jotta osa ei juutu kiinni.
Niille, jotka eivät ole tottuneet suunnitteluun alusta alkaen, on olemassa ladattavia 3D-työkaluja ja -malleja , jotka voivat toimia lähtökohtana, vaikka ihanteellisessa tapauksessa sinun kannattaa opetella käyttämään ohjelmistoja, kuten Solidworksia, moduulien tarkkaan säätämiseen. Muista, että menestyksen avain on valitun materiaalin tasapainottaminen projektisi kitka- ja kuormitusvaatimusten kanssa.
Mahdollisuus valmistaa räätälöityjä mekaanisia komponentteja käyttämällä edistyneitä polymeerejä ja lasersintrausta on demokratisoinut teollisen kunnossapidon ja entisöinnin. Oikean materiaalin valinnasta kulumisen estämiseksi suunnitteluvälysten hallintaan, 3D-tulostus optimoi kustannuksia ja aikaa tarjoten kestäviä ratkaisuja, jotka korvaavat onnistuneesti metalli- tai ruiskuvaletut komponentit monenlaisissa sovelluksissa.