Support Kugghjul

Kugghjul

Vad är ett kugghjul?

Ett kugghjul är en komponent i en mekanisk kraftöverföringsanordning som möjliggör överföring av roterande rörelse från en axel till en annan, eller omvandlar rörelsen till linjär rörelse. Det är ett cirkulärt objekt med jämnt placerade, tvärgående eller vinklade räfflor, kallade tänder. När två kugghjul kopplas samman via sina tänder griper de i varandra och överför kraft och rörelse från ett mekaniskt element till ett annat.

Användningsområden och klassificering av kugghjul

Kugghjul används i stor utsträckning i en mängd olika tillämpningar, såsom växellådor i fordon, industrimaskiner och precisionsmätinstrument. De möjliggör förändringar av rotationshastighet och vridmoment, vilket gör dem till oumbärliga komponenter i många kraftöverföringssystem.

Kugghjul kan klassificeras efter typ och tandprofil:

  • Kugghjulstyper: Cylindriska kugghjul, koniska kugghjul, snedskurna kugghjul, kedjehjul och synkronremshjul
  • Tandning: Rak tandning, sned tandning, vinkelkugg och bågformad tandning.
  • Yttre och inre kugging: Kugghjul klassificeras även som yttandade eller invändigt tandade beroende på tandernas placering.

Koniska kugghjul och drev

  • Koniska kugghjul: Dessa har tänder skurna på en konisk yta och används för att ändra riktningen på roterande rörelse. Koniska kugghjul används ofta där axlarna varken är parallella eller korsar varandra.
  • Drev: Drevet är vanligtvis det mindre kugghjulet i ett par. Det griper in med ett större kugghjul och utsätts mer för slitage och belastning, vilket gör materialval och värmebehandling extra viktigt vid tillverkningen.

Involut-tandning

Involut-tandning är den vanligaste tandprofilen eftersom den är lätt att tillverka och kontrollera. Involutformen tillåter smidig kraftöverföring även vid små förändringar av axlarnas centrumavstånd. Involut-tandning föredras eftersom små tillverkningsfel inte påverkar utväxlingsförhållandet.

Termenologi inom kugghjul

Tillverkning och konstruktion av kugghjul involverar flera viktiga termer:

  • Normmodul (mn): Grundläggande parameter som påverkar tandens storlek och kraftöverföringsförmåga.
  • Antal tänder (z): Det totala antalet tänder på ett kugghjul.
  • Delningsdiameter (d): Den teoretiska diameter där kugghjulens tänder griper i varandra.
  • Delning (p): Båglängden mellan två på varandra följande tänder på delningsdiametern.
  • Toppcirkeldiameter (da): Diametern vid kuggtändernas topp.
  • Fotcirkeldiameter (df): Diametern vid kuggtändernas botten (fot).
  • Tryckvinkel (α): Vinkeln där tänderna överför kraft; vanligtvis 20°.
  • Snedvinkel (β): Vinkeln på snedskurna kuggtänder, vanligtvis mellan 8°–15°.
  • Handighet: Enligt standard SFS-EN ISO 2203, som anger om snedvinkeln är höger- eller vänstergängad.
  • Profilförskjutningskoefficient (x): Förhållandet mellan profilförskjutning och normmodul.
  • Antal involutpar i ingrepp: Antal tänder som är i kontakt vid ett givet tillfälle.

Material som används vid kugghjulstillverkning

Kugghjul tillverkas av en rad olika material som väljs utifrån applikationens krav och slitstyrka. Följande materialgrupper och deras ISO-beteckningar används oftast inom skärande bearbetning:

Stål - ISO P

  • 42CrMo4: Används för kugghjul som utsätts för höga belastningar och vridmoment tack vare sin höga hållfasthet och hårdhet. Särskilt lämpad för kraftöverföringskugghjul.

Gjutjärn - ISO K

  • EN-GJS-400-15 (Segjärn): Används där hög slit- och slagtålighet krävs. Väl lämpat för stora kugghjul som arbetar med låga hastigheter och höga laster.

Lättmetallegeringar - ISO N

  • EN AW-7075 (aluminiumlegering): Används i lätta tillämpningar som kräver hög korrosionsbeständighet.

Polymermaterial - ISO H

  • PA6 (Nylon): Används i lättare och ljudkänsliga tillämpningar. Dess goda slitstyrka och låga friktion gör PA6 lämplig för små kugghjul i elektronik och konsumentprodukter.

Bearbetningsmetoder för kugghjul

Vid kugghjulstillverkning använder verkstadsmekaniker och verkstadsföretag olika metoder beroende på önskad noggrannhet, produktionsvolym och material:

  • Kuggskärning med kuggfräs: En vanlig metod där ett roterande ämne bearbetas med ett kuggfräsverktyg. Passar för högvolymproduktion.
  • Power skiving: En snabb metod där både ämne och verktyg roterar under skärning. Lämplig när flexibilitet och snabbhet krävs.
  • Shaping: Skärverktyget, som liknar ett kugghjul, rör sig linjärt mot ämnet för att forma tänderna.
  • Brotschning: En snabb metod som använder specialverktyg för att skära kuggtänder i ett enda drag. Lämplig för serieproduktion.
  • Fräsning med kugghjulsfräs: Tänderna formas med en modul-anpassad kugghjulsfräs och ett indexeringsdon.
  • 5-axlig bearbetning och segmenterad radiefräsning: Moderna, avancerade 5-axliga maskiner, såsom flerfunktionssvarvar med B-axel, kan även bearbeta koniska kugghjul och mer komplexa profiler där traditionella metoder inte räcker till. Fleraxliga verktygsbanor programmeras med avancerad CAM-mjukvara och efterbearbetning av tandprofilen kan påskyndas med verktyg som segmenterade radiefräsar.

Sammanfattning

Kugghjul är nyckelkomponenter inom tillverkningsprocesserna hos verkstadsföretag och bearbetningsanläggningar, och möjliggör effektiv överföring av roterande rörelse och kraft. Olika kugghjulstyper och tandgeometrier gör en mängd industriella och konsumentinriktade tillämpningar möjliga. Noggranna och skickliga bearbetningsmetoder säkerställer att kugghjul tillverkas med hög precision och hållbarhet. Detta medför att varje kugghjul möter de specifika kraven för sin applikation och fungerar pålitligt även under de mest krävande förhållanden. Detaljerad terminologi och precisa dimensioneringsriktlinjer stödjer konstruktion och tillverkning av kugghjul i verkstadsföretag för att möta krav på standard och funktion.