Материали за зъбчати колела: алуминий, стомана или пластмаса и капана на анодизирането

Повечето запитвания за зъбчати колела за синхронизиране посочват профила и броя на зъбите, а материала оставят непопълнен или просто пишат „алуминий“, без допълнително уточнение. Това обикновено е напълно приемливо за леки транспортьорни системи. Проблеми възникват, когато предаването работи на висока скорост, при висока температура, във влажна среда или предава значителен въртящ момент.

По-долу са посочени реалните характеристики на всеки материал, базирани на публикувани данни.

Алуминий: стандартният избор и неговите ограничения

Производителите на зъбчати колела за синхронизиране посочват сплави 6061, 6082, 7075, 6063 и леснообработваеми варианти като 2011 и AlCuMgPb. Сплав 6061-T6 е най-често използваната.

Публикувани технически характеристики на 6061-T6:

Ключовата характеристика е твърдостта. 93 до 95 HB е меко. Зъбчатият ремък има опънати корди и зъбна повърхност от платно или гума; платното е абразивно. Ако ремъкът работи достатъчно дълго време под натоварване срещу оголени алуминиеви зъби, алуминият се износва, профилът на зъбите се разширява и люфта нараства.

Затова съществува анодизирането на шкивовете – тук много хора допускат грешки.

Анодизиране: твърдост, която искате, и нарастване, за което трябва да проектирате

Има два типа, и двата регулирани от MIL-PRF-8625:

Повърхностна твърдост на чист алуминий, анодизиран алуминий и твърдо анодизиран алуминий.

Срещу неанодиран алуминиев сплав 6061 с твърдост 93–95 HB — това е значително подобрение. Твърдото анодиране от тип III е спецификацията за шкив, който трябва да издържи абразивен контакт с ремък.

Сега идва капанът. Анодирането не е покритие, нанесено върху детайла. То преобразува повърхността и расте:

Анодирането расте наполовина навътре в материала (проникване) и наполовина навън (нарастване).

Размерното нарастване е приблизително 50 % от общата дебелина на покритието за всяка страна.

Изчислено въз основа на публикувания пример: покритие от тип II с обща дебелина 0,5 мила дава около 6,35 µм нарастване за всяка страна, 6,35 µм проникване и общо диаметрално изменение от около 12,70 µm. За тип III с дебелина 2,0 мила се очаква около 1,0 мила за всяка страна.

При зъбчат шкив това нарастване се получава по страните на зъбите. Пулси с твърдо покритие, изработени до номиналните размери преди анодизиране, излизат от ваната с по-тесни зъбни пространства, отколкото е указано в чертежа. При фини профили с малък стъпен като T2.5 или AT3 десетки микрометра на всеки фланк представляват значима част от зъбното пространство.

Решението е простичко, но трябва да се приложи целенасочено: изработете зъбния профил с по-малки размери спрямо очакваното разширение или посочете окончателните размери след анодизиране и оставете машиниста да изчисли обратно необходимите изходни размери. Недопустимо е да се изработват до номиналните размери, след което да се нанася твърдото покритие и да се надявате на добър резултат.

Ако поръчвате пулси с твърдо покритие, посочете дали размерите ви са преди или след нанасяне на покритието. Задаваме този въпрос за всяка поръчка на твърдо покритие, тъй като отговорът определя траекторията на инструмента.

Стомана: когато алуминият не е достатъчен

Често срещани означения за стоманени зъбчати пулси са C45E, 1045, S45C и 45# стомана.

Алуминиев зъбчат пулси с профил T10

Публикувани свойства на AISI 1045 / C45:

Приблизително два пъти по-голяма здравина на опън от 6061-T6 и около два пъти по-голяма твърдост преди всяка повърхностна обработка. Публикуваната обосновка от производителите на шкиви е проста: по-голяма здравина и твърдост в сравнение с алуминия, по-тежко тяло, подходящо за високи натоварвания и високи скорости.

Теглото не винаги е недостатък. При задвижвана шкива добавената инерция изглажда вариациите в скоростта. При сервоос; където се стремите да минимизирате отразената инерция, това е истинска разходна стойност.

Избирайте стомана, когато:

· Въртящият момент е достатъчно голям, за да деформира алуминиевите зъбци

· Предавката работи непрекъснато при скорост с абразивен ремък

· Шкивът е малък, така че товарът върху зъбците се концентрира върху малък брой зъбци

· Работната температура надвишава тази, която алуминият може да поеме

Пластмаса: лека, тиха и размерно нестабилна

Полимерните шкиви се използват при леки натоварвания, хранителни технологии и приложения, където шумът или теглото имат значение. PA6 (нилон 6) е най-често срещаният.

Публикувани данни за PA6 от технически паспорт на инженерен полимер:

Разтегателната якост изглежда убедителна – една четвърт от тази на сплав 6061. Проблемът са последните два реда.

Найлонът поглъща вода и се разширява. Шкив, изработен с точност в суха работилница и монтиран във влажно производствено помещение или среда, подложена на промиване, променя размерите си. При зъбчат шкив това означава промяна на диаметъра на стъпката и съответно промяна на зацепването на зъбите.

Документацията на производителя е изрична по отношение на този факт – той представлява аспект, който трябва да се вземе предвид при проектирането, а не дефект. Той е присъщ на полимера.

Където пластмасовите ролки работят добре:

· Леки натоварвания, ниски скорости

· Приложения, при които шумът е критичен фактор

· Корозивни среди, в които металът би се износил по-бързо

· Приложения, при които ролката е предвидена да бъде жертвен елемент

Където не работят добре:

· Прецизно позициониране, тъй като промяната в размерите прави невъзможно постигането на целта

· Висок въртящ момент, тъй като зъбите се преобръщат

· Горещи среди, близо до границата от 100 °C за непрекъснато използване

Трябва да посочим ясно едно ограничение в публикуваните данни, които успяхме да потвърдим: съдържанието на наситена влага и резултиращата процентна промяна в размерите не можаха да бъдат получени от основния технически документ. Данните за абсорбция след 24 и 96 часа по-горе са реални; дългосрочното равновесно поведение в конкретна среда трябва да бъде предоставено от вашия доставчик на материали за точния клас.

Чугун и неръждаема стомана

Лияло желязо среща се при по-големи шкиви, като производителите използват означения като HT150, HT200, HT250 и GG25. Прагът, при който чугунът заменя алуминия, е въпрос на размер и разходи, а не на публикувано правило, и ние не успяхме да потвърдим конкретен диаметър като гранична стойност. На практика това се определя от икономиката на леенето: над определен диаметър леенето е по-изгодно от обработката на прътов материал.

Неръждаемата шкивите от неръждаема стомана използват означения като SUS303, SUS304 и AISI 431. Приложението е миене с вода (washdown), където изискването е корозионна устойчивост, а не механични характеристики. Забележете, че 303 и 304 са аустенитни и не могат да се закаляват чрез термична обработка, така че шкив от неръждаема стомана не е твърд шкив.

Избор на

Често задавани въпроси

Ще направи ли твърдото анодиране моето алуминиево колело толкова твърдо, колкото стоманата?

Повърхностният слой с твърдост 400–700 HV е по-твърд от стомана 1045 с твърдост 170–210 HB. Основният материал под повърхностния слой остава мек алуминий, затова колелото е устойчиво на абразия, но не и на деформация при големи зъбни натоварвания.

Защо анодираното ми колело не се съгласува правилно с ремъка?

Най-вероятно зъбната форма е фрезована по номиналните размери, а растежът на покритието е намалил зъбните пространства. Проверете дали размерите на чертежа са посочени преди или след анодирането.

Мога ли да използвам нейлоново колело в приложение с промиване с вода?

То устойчиво на корозия, но абсорбира вода и претърпява размерни промени. За почистване с вода при високи изисквания към точността неръждаемата стомана е по-доброто решение.

Дали 7075 е по-добър от 6061 за шкиви?

Той е по-силен, но също така е по-скъп и по-малко устойчив на корозия. При повечето приложения за шкиви ограничението е повърхностното износване, а не обемната якост, затова анодиране на 6061 обикновено е по-ефективно от подмяна на сплавта.

При каква температура може да работи алуминиев шкив?

6061-T6 има максимална механична работна температура от 170 °C. На практика обикновено ремъкът е ограничителният компонент далеч преди шкива.

Има ли нужда стоманените шкиви от повърхностна обработка?

За защита срещу корозия — често да, в зависимост от околната среда. За износване стомана 1045 с твърдост 170–210 HB обикновено е достатъчна срещу стандартни ремъци без допълнително закаляване.

Tianjin HaoRongShengYe Electrical Equipment Co., Ltd. изработва зъбчати шкивове от алуминий, стомана C45, чугун и неръждаема стомана с профили HTD, GT, T, AT и имперски. Ако поръчвате шкивове с твърдо анодиране, съобщете ни дали размерите на зъбите са преди или след нанасяне на покритието – ще настроим пътя на инструмента съответно.