Kugghjulens grunder: geometri och ritningsuppgifter

Vad ett kugghjulspar överför

Kuggflankerna överför rotation och vridmoment. Två utvändigt kuggade hjul roterar åt motsatta håll. Ett drivhjul med 20 kuggar som driver ett hjul med 40 kuggar halverar varvtalet och fördubblar momentet utan förluster. Friktion i kuggar, lager och tätningar minskar den användbara effekten.

Kuggprofilen är inte en fullständig specifikation. Ange också modulsystem, kuggantal, ingreppsvinkel, snedvinkel, profilförskjutning, kuggbredd, material, värmebehandling och kontrollkrav.

Modul och karakteristiska cirklar

Modulen anger kuggstorlek. För ett rakskuret cylindriskt hjul gäller d = mz. Samma modul innebär inte samma diameter. För snedkuggning skiljer man mellan normalsnittet tvärs kuggriktningen och tvärsnittet vinkelrätt mot axeln: mₜ = mₙ/cos β och d = zmₜ.

Referenscirkeln anger nominell geometri, grundcirkeln genererar evolventen och topp- respektive fotcirkeln begränsar kuggen. För den normala standardkuggning utan profilförskjutning som används här gäller dₐ = d + 2mₙ, d_f = d − 2,5mₙ och d_b = d cos αₜ. Referenscirkeln är inte alltid samma som den arbetande rullcirkeln.

Vinklar, flankspel och lastfördelning

Ingreppsvinkeln påverkar kuggkraftens riktning och radialkomponent. En större vinkel förbättrar inte automatiskt hela konstruktionen. Snedkuggning ger successivt ingrepp men skapar axialkraft. Ökad bredd hjälper bara vid lämplig lastfördelning.

Flankspel är varken toppspel eller en noggrannhetsklass. Beakta smörjning, värmeutvidgning och toleranser. Profilförskjutning ändrar kuggtjocklek och kuggfot och måste bedömas för paret. Den visade fotövergången är schematisk, inte en bearbetningskontur.

Spiralskurna koniska kugghjul

Vid skärande axlar under 90° har delningskonerna gemensam spets. Med yttre tvärmodul mₑ: d₁ = mₑz₁, d₂ = mₑz₂, δ₁ = atan(z₁/z₂), δ₂ = 90° − δ₁ och Rₑ = √(d₁² + d₂²)/2. Bredden mäts längs konens generatris.

I medelsnittet Rₘ = Rₑ − b/2 skalas diametrarna med Rₘ/Rₑ. Exemplet begränsar b till Rₑ/3. Det beräknar inte monteringsmått, verktygsinställningar eller kontaktbild. Verkningsgraden är ett antaget indata.

Planetväxlar

En enkel sats består av solhjul, planethjul, ringhjul och planetbärare. Standardgeometrin ger z_r = z_s + 2z_p. Willis ekvation är z_s(n_s − n_c) + z_r(n_r − n_c) = 0. Utväxlingen beror på vilken del som hålls fast och vilken som drivs.

Kontrollera monteringsvillkor och avstånd mellan planeterna. Detta bevisar varken hållfasthet eller jämn lastdelning; även styvhet, toleranser och lagring påverkar.

Källor