逆向设计齿轮

它是艺术还是科学?事实是无可辩驳的,但有时齿轮侦探必须利用经验和想象力来填补空白,以确定正确的组合为一个新齿轮。

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一个所有伟大的文学侦探都有“灵光一现”的时刻,当他们观察到的事实让他们对手头的案件得出可靠的结论时。事实可以是物理线索,如指纹或纤维样本,也可以是视觉线索,如错位的物体,也可以是听觉线索。由于齿轮不发声很好,它是由齿轮专家使用测量和公式来逆向工程那些齿轮已经失败,需要更换。

与指纹类似,一些齿轮制造商在零件上印上零件编号或序列号。这是典型的做的齿轮,作为库存产品由齿轮制造商,这也是典型的齿轮组装在消费品。当标识符是来自库存齿轮制造商的目录编号时,齿轮的逆向工程过程就完成了90%。一个需要审查库存齿轮制造商的目录页,并确定任何差异。如果齿轮与库存产品匹配,下一步是与制造商确认库存齿轮的当前可用性。如果尺寸与库存产品不同,则工程师必须决定所需要的修改是否需要由齿轮制造商完成,或者是否可以内部进行修改。一些常见的修改包括开孔,添加键槽,在轮毂中添加丝锥孔,添加减轻重量的孔,以及为了增加齿轮齿的硬度而对齿进行热处理。

如果齿轮标有序列号或OEM内部部件编号,那么更换齿轮最简单的方法是与产品的OEM联系。不幸的是,OEM很少提供替换齿轮,这导致终端用户需要通过过程来确定生产单个齿轮的成本是否划算。

当开始逆向工程过程时,第一个任务是计算齿轮上的齿数。齿数是指定齿轮时的基本值之一。如果有问题的齿轮是直齿圆柱齿轮和齿数确定,下一步是测量齿的外径。利用这个测量值和齿数,工程师可以把值代入外径公式,看看螺距的值是否合理。

这方面的一个例子如下:

一个齿轮有24个齿。工程师测量了最外面的直径,值是39毫米。使用公式:OD =螺距*(齿数+ 2),可以确定螺距最可能是模块1.5。

然而,如果相同的齿轮测量1.625英寸,那么就可以假设齿轮的螺距是16DP。

这一计算仅适用于齿轮不是轮廓移位。如果它已经改变了轮廓,那么外径的标准计算将不再适用。计算也是主观的,因为有强烈的可能性,齿轮已经磨损的外径,将测量小于最初制造的尺寸。为了确定磨损齿轮的节距,需要求出配合齿轮的齿数和两个齿轮的中心距离。通过测量支持齿轮的两轴中心之间的距离,并将其与每个齿轮的节半径的总和进行比较,您可以确认从先前计算的节距假设。

确定螺距的另一种方法是使用螺距规(图1)。齿轮规以英制和公制螺距的最常见的齿距尺寸生产,它们也以几种压力角配置生产。要使用量规,你需要将量规放入齿中,并通过量规旋转它。用不同的尺寸这样做会让你找到合适的配合,从而确定合适的齿轮节距。

图1:齿轮节距规的例子。

当逆向工程斜齿轮,螺旋角的增加增加了另一个步骤的识别过程。由于最外直径的斜齿轮是由节距,齿数,和螺旋角,它成为势在必行的确定无论是节距或螺旋角。使用齿轮规来确定螺距,螺旋角可以通过以下公式确定:OD =(螺距*(齿数+2))/ cos(螺旋角)。

与直齿圆柱齿轮的计算一样,这个公式只适用于齿轮没有轮廓偏移的情况。如果它已经改变了轮廓,那么外径的标准计算将不再适用。表1中详细列出了计算斜齿轮的一个例子。

表1:齿廓偏移斜齿轮的计算。

如表1所示,需要逆向工程的一个剖面移位斜齿轮太多的变量。在这种情况下,工程师的经验将有助于确定所需齿轮的最佳值。为了最好地更换磨损的齿轮,工程师应该选择一组适合现有齿轮中心距离的新齿轮,而不是试图只更换磨损的齿轮。

逆向工程正齿轮和斜齿轮传动既是一门艺术也是一门科学。利用样本齿轮和已知齿轮几何公式提供的线索,有可能确定齿轮的节距,需要更换。根据这些数据,工程师可以确定哪种材料和硬度最适合新齿轮。

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他是KHK USA Inc的总经理,该公司是Kohara Gear Industry的子公司,在工业自动化行业有24爱游戏中心官网年的工作历史。他擅长协助工程师选择用于工业设备和自动化的动力传输元件。邓格尔是PTDA的成员,并被纽约州指定为实习工程师。他毕业于霍夫斯特拉大学,获得结构工程学士学位。