A fogaskerekek típusai

1. Bevezetés

Many types of gears are a critical part of countless mechanical systems, found everywhere from automobiles to industrial machinery and even everyday consumer electronics.

They work by transmitting rotational force between machine components, lehetővé teszi a mozgás pontos irányítását, sebesség, és nyomatékot.

A fogaskerekek elengedhetetlenek a gépek zökkenőmentes és hatékony működéséhez, különféle hajtóművekkel, amelyek különböző alkalmazásokhoz illeszkednek.

2. Mi az a Gear?

A fogaskerék egy fogazott mechanikai alkatrész, amely egy másik fogazott alkatrészhez kapcsolódik, gyakran másik fogaskerék, nyomaték és mozgás átvitelére. A fogaskerekek a sebesség feláldozásával növelhetik a nyomatékot, vagy növelhetik a sebességet a nyomaték rovására.

The efficiency and functionality of gears depend on their shape, méret, anyag, és hogyan lépnek kapcsolatba egymással.

3. A fogaskerekek különböző paraméterei

A fogaskerekek paramétereinek ismerete döntő fontosságú a hatékony és megbízható hajtóműrendszerek tervezésében. Ezek a paraméterek befolyásolják a fogaskerekek hálóit, mekkora terhelést bírnak, és általános teljesítményük a különböző alkalmazásokban. Íme a legfontosabb paraméterek áttekintése:

1. Fogak száma

The number of teeth on a gear is a fundamental parameter that affects its gear ratio and performance. It determines the gear’s ability to mesh with another gear and influences the speed and torque output.

• Áttételi arány: The ratio between the number of teeth on two meshing gears determines the speed and torque relationship.
  Például, egy fogaskerék 20 fogaskerekes fogaskerekek 40 fogak áttételi aránya 1:2, meaning the larger gear will turn at half the speed of the smaller gear but with double the torque.

2. Teljes mélység

A teljes mélység a fogaskerék fogának teljes mélységét jelenti, which includes both the addendum and the dedendum. It is critical for ensuring proper meshing with adjacent gears.

• Függelék: The height of the gear tooth above the pitch circle.
• Adni kell: A fog mélysége a menetkör alatt.

Whole depth is essential for determining the gear’s strength and the space required for the gear teeth to mesh without interference.

3. Pitch Circle

The pitch circle is an imaginary circle that rolls without slipping on the pitch circle of a mating gear. It is crucial to ensure how gears interact and mesh with each other.

• Pitch átmérő: A menetkör átmérője. It is used to calculate the gear ratio and to ensure that gears mesh properly.

4. Gyökérkör

The root circle is the circle that passes through the bottom of the gear teeth’s grooves. It determines the minimum diameter of the gear and is important for understanding the gear’s strength and durability.

• Gyökér átmérője: The diameter of the circle that connects the bases of the teeth.

5. Körön kívül

A külső kör, vagy külső átmérőjű, is the circle that passes through the tips of the gear teeth. It is essential for determining the gear’s overall size and clearance.

• Külső átmérő: The diameter measured from the tip of one tooth to the tip of the opposite tooth.

6. Pitch átmérő

A osztás átmérője a osztáskör átmérője, és kritikus paraméter az áttétel kiszámításához és a fogaskerekek közötti megfelelő összekapcsolódás biztosításához.

• Képlet: Pitch Diameter = fogak száma / Átmérős emelkedés (birodalmi egységeknél) vagy Pitch Diameter = (Fogak száma * Modul) (metrikus mértékegységeknél).

7. Kör alakú hangmagasság

Circular pitch is the distance between corresponding points on adjacent teeth, a menetkör mentén mérve. It is important to ensure proper gear mesh and alignment.

• Képlet: Körhangmagasság = π * Pitch átmérő / Fogak száma.

8. Modul

A modul a fogak méretének mértéke, defined as the ratio of the pitch diameter to the number of teeth. It is used in the metric system to standardize gear sizes.

• Képlet: Modul = Pitch Diameter / Fogak száma.

9. Átmérős emelkedés

Diametral pitch is the number of teeth per inch of the pitch diameter. It is used in the imperial system to standardize gear sizes and is the inverse of the module.

• Képlet: Átmérő emelkedés = fogak száma / Pitch átmérő.

10. Kör alakú vastagság

Circular thickness is the thickness of a gear tooth measured along the pitch circle. It affects the gear’s strength and the efficiency of power transmission.

• Képlet: Körvastagság = Circular Pitch / 2.

4. Hogyan működik a Gears?

A fogaskerekek mechanikus eszközök, jellemzően kör alakú, with teeth on their edges used to transmit rotational force and torque in machines.

Párban működik, a fogaskerekek összekapcsolják a fogakat, hogy megakadályozzák a csúszást. Körfogatban, a fordulatszám és a nyomaték állandó marad, while non-circular gears create variable speed and torque ratios.

Az egyenletes sebesség és nyomaték fenntartása érdekében, a fogaskerék profil pontos kialakítása elengedhetetlen. Amikor a kisebb felszerelés, vagy fogaskerék, hajtja a rendszert, csökkenti a sebességet és növeli a nyomatékot.

Egymással szemben, ha a fogaskerék a hajtott tengelyen van, a fordulatszám nő, miközben a nyomaték csökken.

Shafts holding the gears must be spaced properly and can be arranged in parallel, párját ritkító, metsző, vagy nem metsző konfigurációk. These shafts function as levers to transmit rotation and energy between gears.

A sebességváltó-rendszerek főbb eredményei közé tartozik:

• Sebesség növelése: Olyan fogaskerékpárban, ahol van 40 fogak és a másik 20, the smaller gear rotates twice as fast to maintain synchronization, ami nagyobb sebességet, de kisebb nyomatékot eredményez.
• Erő növelése: A smaller gear with fewer teeth reduces speed but increases force, nagyobb nyomatékot igényel a forgatáshoz.
• Irányváltás: Amikor két fogaskerék hálózik, ellentétes irányba forognak. Specialized gears are used to change rotational direction or angles efficiently.

5. Mi a fogaskerekek kialakítása?

Az ipari alkalmazások sokféle hajtóművet használnak, mindegyiket meghatározott célokra tervezték. The main characteristics that vary among these gears include:

• Fogaskerék alakja
• A fogak kialakítása és konfigurációja
• Fogaskerék tengelyek konfigurációja

Fogaskerék alakja

A fogaskerekek hengeresek lehetnek (sarkantyú, spirális) vagy kúpos (ferde) alkalmazásuk alapján. Az alak befolyásolja, hogy a fogaskerekek milyen jól illeszkednek egymáshoz, mekkora erőt tudnak kezelni, és mekkora zajt keltenek.

Homlokkerekes fogaskerekek, például, nagy sebességnél hangosak, while helical gears offer quieter and smoother performance due to the angled teeth.

A fogak tervezése és konfigurációja

A fogaskerekeknek különböző fogprofiljaik lehetnek, mindegyik alkalmas meghatározott feladatokra. Egyenes fogak (homlokkerekes fogaskerekek) jól működik az egyszerűnél, kis sebességű alkalmazások, míg spirális vagy spirális fogak (spirális, kúpfogaskerekek) ensure smoother engagement and greater efficiency at higher speeds.

Fogaskerék tengelyek konfigurációja

• Párhuzamos: Párhuzamos konfigurációkban, a tengelyek ugyanabban a síkban helyezkednek el, and the driving and driven gears rotate in opposite directions. This setup typically offers high efficiency in motion transfer. Examples include helical gears and rack-and-pinion systems.
• Metsző: Az egymást keresztező konfigurációkhoz, the shafts cross at a point within the same plane, providing high transmission efficiency similar to parallel setups. A kúpfogaskerekek kiváló példái ennek a típusnak.
• Nem párhuzamos és nem metsző: In configurations where shafts are neither parallel nor intersecting, meaning they are neither aligned nor on the same plane, az átviteli hatásfok általában alacsonyabb. A csigakerekek ezt a kategóriát példázzák.

6. Milyen anyagokat használnak a Gearsben?

The material used to manufacture gears significantly impacts their performance, tartósság, és alkalmas speciális alkalmazásokra. Different materials offer varying degrees of strength, kopásállóság, és korrózióállóság.

Below are some of the most commonly used materials in gear production:

Hengerelt acél

Rolled steel is commonly used for gears due to its high strength and toughness. It is produced by hot or cold rolling steel through a series of rollers, refining its structure and enhancing its mechanical properties.

Gears made from rolled steel are often used in heavy-duty applications, such as automotive transmissions and industrial machinery, where durability and impact resistance are crucial.

Hidegen hengerelt acél

Cold-rolled steel undergoes a process where the steel is cooled after rolling, ami javítja szilárdságát és felületi minőségét. This process provides better dimensional accuracy and a smoother finish than hot-rolled steel.

Cold-rolled steel gears are often used in precision equipment that requires tight tolerances, például órák és finom hangszerek, as well as automotive and industrial applications.

Szerszámacél ötvözetek

A szerszámacél ötvözetek keménységükről ismertek, kopásállóság, és képes ellenállni a magas hőmérsékletnek. They are ideal for making gears that are subject to extreme loads and impacts.

These alloys typically contain high levels of carbon, króm, és egyéb elemek, például vanádium vagy volfrám, amelyek növelik erejüket és tartósságukat. Tool steel gears are used in applications like cutting tools and industrial machinery.

Vasötvözetek

Vasötvözetek, beleértve az öntöttvasat és a gömbgrafitos vasat, széles körben használják a fogaskerekek gyártásában. Az öntöttvas fogaskerekek jó kopásállóságot biztosítanak, rezgéscsillapítás, és a megmunkálhatóság, alkalmassá téve őket nagy, alacsony sebességű fogaskerekek, amelyeket olyan alkalmazásokban használnak, mint a szállítószalagok és a nehézgépek.

A gömbgrafitos öntöttvas szívósabb, mint az öntöttvas, egyensúlyt biztosítva az erő és az ütésállóság között.

Rozsdamentes acél

A rozsdamentes acél olyan fogaskerekek esetében ajánlott, amelyek nagy korrózióállóságot és tartósságot igényelnek. Krómot tartalmaz, amely védő oxidréteget képez a felületen, rozsda és korrózió megakadályozása.

A rozsdamentes acél fogaskerekeket gyakran használják élelmiszer-feldolgozó berendezésekben, tengeri alkalmazások, és olyan környezetben, ahol nedvesség vagy vegyszerek vannak jelen.

Rézötvözetek

Rézötvözetek, mint a sárgaréz és a bronz, alacsony súrlódású sebességváltókban használatosak, korrózióállóság, és a könnyű megmunkálás elengedhetetlen.

Ezek a fogaskerekek jellemzően csendesebb működést és kisebb kopást igénylő alkalmazásokban találhatók meg, mint például a csigafogaskerekek, csapágyak, és perselyek.

A rézötvözeteket elektromos vezetőképességük miatt is értékelik, making them suitable for some specialized electrical devices.

Alumíniumötvözetek

Alumíniumötvözetek könnyűek és korrózióállóak, alkalmassá téve őket alacsony terhelésű hajtóművekhez, nagy sebességű alkalmazások.

Gears made from aluminum are commonly found in aerospace, robotika, és az autóipar, ahol a súlycsökkentés prioritás.

Bár nem olyan erős, mint az acél, aluminum alloys can be treated or coated to enhance their strength and wear resistance.

Műanyag fogaskerekek

A műanyag fogaskerekek könnyűek, korrózióálló, és sima kínál, csendes működés.

Általában olyan anyagokból készül, mint a nylon, acetál, vagy polikarbonát, plastic gears are often used in applications requiring low noise and low friction, mint például a nyomtatók, háztartási gépek, és kis gépek.

While they can’t handle as much load as metal gears, A műanyag fogaskerekek ideálisak az alacsony teljesítményűekhez, költséghatékony megoldások.

7. A fogaskerekek típusai

Gears are classified according to their tooth shape, tengely konfiguráció, és konkrét céllal. A különböző típusú fogaskerekek ismerete elengedhetetlen a megfelelő sebességfokozat kiválasztásához, amely biztosítja a hatékony erőátvitelt a mechanikai kialakításokban.

A fogalak alapján

1. Spur Gears

• • Külső Spur Gears: A leggyakoribb típusú felszerelés, with straight teeth that are parallel to the gear’s axis. These gears are used to transmit power between parallel shafts and are known for their efficiency and simplicity.
  • Belső Spur Gears: Hasonló a külső homlokkerekes fogaskerekekhez, the teeth are cut on the inner surface of a gear ring. They are used in applications where space-saving is necessary, mint például a bolygóműves rendszerek.

2. Helikális fogaskerekek

• • Egyetlen spirális: Ezeknek a fogaskerekeknek ferde fogaik vannak, which provide smoother and quieter operation than spur gears. The angle of the teeth allows for gradual engagement, csökkenti a zajt és a stresszt működés közben.
  • Dupla helikális: Más néven halszálkás fogaskerekek, ezeknek két egymással szemben lévő spirális foga van. A kialakítás megszünteti az axiális tolóerőt, alkalmassá teszi őket nagy terhelésű nehézgépekhez.
  • Csavaros fogaskerekek: Hasonló a spirális fogaskerekekhez, they are used in applications where non-parallel shafts are needed. Úgy tervezték őket, hogy nyomatékot továbbítsanak két nem metsző tengely között.

3. Kúpfogaskerekek

• • Straight Gears: Az egyenes fogazatú kúpkerekes fogaskerekek a keresztező tengelyek közötti mozgás átvitelére szolgálnak, jellemzően 90 fokos szögben. Hatékonyak, de terhelés alatt zajosak lehetnek.
  • Spirális fogaskerekek: Ezeknek ívelt fogai vannak, amelyek gördülékenyebb működést és nagyobb teherbírást kínálnak, mint az egyenes kúpkerekek. Ideálisak nagy sebességű alkalmazásokhoz.
  • Gérfogaskerekek: A kúpkerekes fogaskerekek olyan típusa, ahol az áttétel az 1:1, gyakran használják az azonos sebességet, de irányváltást igénylő alkalmazásokban.
  • Hypoid Gears: Ezek a fogaskerekek eltolt tengelyekkel rendelkeznek, nagyobb nyomatékátvitelt és halkabb működést tesz lehetővé. Általában az autóipari differenciálművekben találhatók.
  • Zerol Gears: Egyenes és spirális kúpkerekes fogaskerekek hibridje, kompromisszumot kínálva a zavartalan működés és a könnyű gyártás között.
  • Crown kúpfogaskerekek: Kúpkerék, ahol a fogak merőlegesek a fogaskerék homlokfelületére, egyedi szögkonfigurációkat kínál.

4. Herringbone Gears
   A halszálkás fogaskerekek „V” alakú fogmintázattal rendelkeznek, és arról ismertek, hogy képesek kezelni a nehéz terheket anélkül, hogy jelentős tengelyirányú tolóerőt hoznának létre.. Ezeket a fogaskerekeket gyakran használják nagy ipari gépekben és hajókban.

1. 4. Rack and Pinion Gears
      Lineáris hajtóműrendszer, ahol a fogaskerék (kör alakú fogaskerék) hálók lineáris fogaskerékkel (állvány) a forgó mozgást lineáris mozgássá alakítani, széles körben használják a kormányrendszerekben és a vasutakban.

4. Worm Gears
   A csigakerekek egy csigaból állnak (csavarszerű fogaskerék) és egy csigakerék. They provide high torque reduction in compact spaces and are used in conveyor systems and elevators.

   

A fogaskerekek speciális típusai

1. Belső fogaskerekek
   Internal gears have teeth cut on the inside of a circular ring. They are often paired with external spur gears in planetary gear systems to achieve high torque and space efficiency.
2. Differenciál fogaskerekek
   Elsősorban autóipari rendszerekben használják, differential gears allow wheels to rotate at different speeds while maintaining torque distribution, elengedhetetlen a sima kanyarodáshoz.
3. Planetary Gears
   A bolygókerekek egy központi napkerékből állnak, bolygókerekes fogaskerekek, és egy külső gyűrű (belső hajtómű). This design offers high torque density and is widely used in automatic transmissions and industrial equipment.

   

4. Lánckerék
   A lánckerekeket a lánchajtásokban használják, with teeth designed to engage with a chain or belt. Gyakran megtalálhatók a kerékpárokban, motorkerékpárok, és szállítórendszerek.
5. Spline Gears
   These gears feature grooves or teeth along their length and are used in mechanical couplings, allowing for torque transmission while permitting some movement along the axis.
6. Nylon Gears
   Nylon gears are lightweight and corrosion-resistant, sima kínáló, csendes működés. Általában kicsiben használják őket, low-power applications like printers and household appliances.

   

7. Hátsó fogaskerekek
   Az autóipari differenciálművekben található, rear-end gears handle high torque transmission and are essential for ensuring proper wheel speed during vehicle turns.
8. Kis fogaskerekek
   Small gears are used in applications where compact size and precise motion control are required, mint például az órákban, hangszerek, és kis gépek.

8. Megfontolások a felszerelés tervezésénél

Számos tényező befolyásolja a hajtómű kialakítását, annak biztosítása, hogy a kiválasztott fokozat megfeleljen a teljesítménynek, költség, és tartóssági követelményeket:

• Költségvetés: Nagy teljesítményű anyagok, mint például a rozsdamentes acél és a szerszámacél, are more expensive than basic metals like cast iron.
• Helykorlátozások: A kompakt alkalmazások gyakran használnak bolygókerekes hajtóműveket, which offer high torque transmission in a small footprint.
• Átviteli igények: High-speed applications may favor helical or bevel gears for smooth performance, miközben alacsony sebességgel, a nagy nyomatékú feladatokhoz gyakran csiga- vagy homlokkerekes fogaskerekeket használnak.
• Szolgáltatási feltételek: Kemény környezetek, mint a nedvességgel vagy vegyszerekkel kapcsolatosak, may require corrosion-resistant materials such as stainless steel or nylon.

9. A Gears alkalmazásai

Gears are used in numerous industries to control speed, nyomaték, és a mozgás iránya. A legfontosabb alkalmazások közé tartozik:

• Autókormányrendszerek: Rack and pinion gears convert rotational motion into linear motion, lehetővé teszi a kormányzás pontos irányítását.
• Sebességváltó: Autókban található, ipari gépek, és szélturbinák, sebességváltók állítják be a sebességet és a nyomatékot.
• Űrrepülés: Gears are used in flight control systems and engines for smooth, hatékony erőátvitel.
• Mezőgazdasági gépek: Tractors and combines use gears to manage engine power and drive implements.

Egy diagram minden típusú fogaskerék-alkalmazáshoz

A felszerelés típusai	A felszerelés nevei	Tipikus termékek
Sarkantyú	Spur fogaskerék	Órák Vonatok Repülőgép Mosógépek Erőművek
Helikális	Egy csavaros fogaskerék Dupla spirális fogaskerék Halszálkás felszerelés Csavaros fogaskerék	Autóipar Órák Öntözőrendszerek Háztartási eszközök
Ferde	Egyenes kúpkerék Spirális kúpkerék Gérvágó fogaskerék Kúpkerekes fogaskerék Hipoid felszerelés Nulla fokozat Korona felszerelés	Szivattyúk Vonatok Repülőgép Erőművek
Féreg	Csigakerék	Liftek Autóipar
Rack Gear	Rack and Pinion	Mérleg Vonatok