Ontwerptips voor 3D-geprinte tandwielen
Release status: tutorial
| Description | Article
|
| License | |
| Author | |
| Contributors | Joseph Flynt
|
| Based-on | [[]]
|
| Categories | |
| CAD Models | |
| External Link |
Inleiding
Hoewel de esthetiek van 3D-geprinte objecten een van de sterkste kanten van 3D-printtechnologie is, is het niet onmogelijk om ook volledig functionele objecten te maken. Je zult nauwkeuriger moeten zijn met je instellingen om betrouwbare en functionele afdrukken te maken, maar je kunt ze zelfs maken met eenvoudige filamenten zoals PLA.
Tandwielen zijn enkele van de meest elementaire modellen die u kunt afdrukken om functioneel te zijn. Voor maximaal leren raden we aan om te leren hoe je ze zelf kunt ontwerpen. 3D-geprinte tandwielen zijn geweldig voor het oefenen van uw modellerings- en 3D-printvaardigheden voor functionele afdrukken.
A few key concepts to understand 3D printing pre-made models
Voordat we halsoverkop ingaan op het proces van het ontwerpen van tandwielen, laten we eerst enkele relevante concepten bespreken. Gears zijn geweldig speelgoed omdat ze er eenvoudig uitzien, maar echt leuk zijn om mee te spelen. Een tandwielassemblage is ook een uitstekende manier om een paar essentiële concepten in de natuurkunde te leren.
Er zijn twee parameters bij het ontwerpen van een enkele versnelling - de pitchen het aantal tanden. Het 'aantal tanden' spreekt voor zich. De pitchvan een tandwiel verwijst naar het aantal tanden van een tandwiel met een diameter van 1 inch. Een tandwiel kan een oneven aantal tanden hebben, zoals 11 of 21. Het is veel belangrijker dat de tanden van een tandwiel perfect passen bij die van de andere tandwielen in de montage.
U bent waarschijnlijk bekend met het uiterlijk van een tandwielassemblage die bestaat uit tandwielen van verschillende groottes. Een tandwielassemblage maakt het mogelijk om de rotatiebeweging in één versnelling over de assemblage te verzenden en beweging op andere tandwielen te produceren. In sommige gevallen kan de assemblage rotatie langs een andere as creëren of zelfs vertalen naar lineaire beweging.
Een belangrijk concept in tandwielen is het behoud van impulsmoment. Dit is een product van zowel de straal van het tandwiel als de snelheid waarmee het draait. Dit momentum wordt bijna perfect van de ene versnelling naar de andere overgebracht, behoudens verliezen als gevolg van wrijving. Een groot tandwiel dat op lage snelheid draait, kan er dus voor zorgen dat een kleinere versnelling veel sneller draait.
Het meest voorkomende scenario bij tandwielassemblages is dat de ingangskracht een klein tandwiel snel roteert. Dit vertaalt zich in een grotere versnelling die langzaam draait maar toch een groter koppel heeft. Met dit mechanisme kunnen tandwielassemblages grote objecten roteren of zware objecten tillen met slechts een kleine krachtmeting.
Deze omrekening van kracht kan worden geschat met behulp van de overbrengingsverhouding van een bepaald paar tandwielen. Dit is een verhouding die het aantal tanden van twee versnellingen vergelijkt. Een 6-tands tandwiel dat een 30-tands tandwiel draait, levert bijvoorbeeld een overbrengingsverhouding van 5 op. Zoals we later zullen zien, zullen deze parameters een rol spelen bij het ontwerp van een tandwiel voor 3D-printen.
Tips
Nylon is het beste materiaal
Hoewel niets u ervan weerhoudt om uw tandwielen in PLA of ABS te 3D-printen, vinden we dat nylon de beste resultaten oplevert. Nylon is taai en is net flexibel genoeg om slijtage te weerstaan, maar biedt toch een goede krachtoverdracht. Het heeft ook een hoog smeltpunt om vervorming door verwarming als gevolg van wrijving te weerstaan.
Een unieke eigenschap van Nylon is dat het een vrij lage wrijvingscoëfficiënt heeft. Dit is belangrijk in kunststof tandwielen waar het vinden van een compatibel smeermiddel vrij moeilijk kan zijn. Als u een glijmiddel moet gebruiken, raden we u aan een glijmiddel op siliconenbasis te gebruiken.
PETG kan worden geprezen als een van de beste 3D-printmaterialen, maar we raden het niet aan voor tandwielen. PETG is flexibeler dan ABS of PLA. Dit is geen eigenschap waar we in dit scenario naar op zoek zijn. Flexibele materialen zorgen voor een slechte krachtoverdracht, waardoor een tandwielassemblage veel minder efficiënt is.
Als u in FDM hebt geprint, kent u waarschijnlijk al de pijn van het 3D-printen van zeer kleine onderdelen. In het begin is het een goed idee om realistisch te zijn over wat uw 3D-printer kan bereiken. Ontwerp geen tandwielen met pitchwaarden van minder dan een inch, anders krijg je moeilijk te controleren fouten.
Dit advies geldt ook voor het ontwerp van tandwieltanden. Het ontwerpen van uw uitrusting met meer tanden zorgt voor een soepelere roterende beweging, maar vereist ook dat u kleinere tanden 3D-print. Mogelijk zijn niet alle 3D-printers hierop ingericht. Dit gratis model moet u helpen bij het bepalen van de minimale grootte van tandwieltanden die uw printer aankan.
Limieten instellen voor het aantal tandwieltanden
Bij het ontwerpen van een tandwiel moet u het maximale en minimale aantal tanden bepalen dat uw 3D-printer aankan. Met dit testmodel kunt u de mogelijkheden van uw 3D-printer controleren van pitchwaarden van 12 tot 48.
Het verminderen van het aantal tanden en het gebruik van grotere tanden op je tandwielen lijkt een eenvoudige oplossing. Grotere tanden zijn sterker en gemakkelijker te printen. Ze produceren echter ook een slechte koppeloverdracht. Als u uw tandwielassemblage efficiënt wilt maken, moet u een goede balans vinden tussen de pitchen de grootte van de tandwieltanden.
Stel een maximale overbrengingsverhouding in van 1:4
Een goede manier om een limiet te stellen aan de grootte van je versnellingen is door een maximale overbrengingsverhouding van 1 op 4 op te leggen. Als u wilt dat uw montage een hogere overbrengingsverhouding heeft, raden we u aan ze uit elkaar te halen in verschillende kleinere versnellingen.
Driehoekige tanden of onvoluste tanden?
De eenvoudigste vorm voor tandwieltanden is een driehoek. Zolang u driehoeken met identieke maten gebruikt, zou u geen probleem moeten hebben om paren tandwielen te matchen. Driehoeken hebben echter een laag rendement in termen van koppeloverdracht en hebben de neiging om behoorlijk luidruchtig te zijn.
De meest voorkomende tandwielvorm is die van de involute cirkel. Involute tandwielen zijn iets moeilijker te ontwerpen, maar worden als zeer efficiënt beschouwd. Deze uitzonderlijke efficiëntie wordt mogelijk gemaakt door het ontwerp van het involute tandwiel dat ernaar streeft slechts één contactpunt tussen tandwielen te hebben terwijl ze naast elkaar draaien.
Print met een stevige infill
Tandwielen kunnen tijdens het gebruik veel mechanische belasting doormaken. Dit voorspelt niet veel goeds voor 3D-geprinte tandwielen, omdat ze niet bepaald bekend staan om hun duurzaamheid. Het beste wat u kunt doen is het onvermijdelijke begin van slijtage uitstellen door uw tandwielen zo stevig mogelijk te printen.
Het inschakelen van 100% infill geeft je versnellingen een beetje extra kracht. Het hebben van meer materiaal in de interne ruimte vermindert ook vervorming, wat resulteert in een betere koppeloverdracht.
Maak je tanden niet perfect deelbaar
Het lijkt misschien intuïtief om tandwielparen te ontwerpen om een aantal tanden te hebben die een veelvoud van elkaar zijn. Een tandwiel met 12 tanden kan bijvoorbeeld worden gekoppeld aan een ander tandwiel met 24 tanden, waardoor een perfecte verhouding van 1: 2 ontstaat.
Het wordt echter als een goed ontwerp beschouwd om in plaats daarvan 25 tanden te gebruiken. 25 is misschien niet perfect deelbaar door 12, maar dit betekent ook dat hetzelfde stel tanden elkaar niet voor elke omwenteling zal ontmoeten. Deze kleine ontwerpwijziging vertraagt de slijtage van de tandwieltanden aanzienlijk.
Verwacht wat nabewerking
FDM-printen staat niet bepaald bekend om perfect gladde oppervlakken, dus u zult waarschijnlijk een beetje nabewerking moeten doen op uw 3D-geprinte tandwielen. Een van de taken is het gladstrijken van de tandwieltanden of het boren van middengaten om ze op uw montage te laten passen. Houd er rekening mee dat u deze tandwielen nodig hebt om perfect op elkaar te passen, zowel voor een efficiënte overdracht van de lading als om versnelde slijtage te voorkomen.
Het mooie van een 3D-geprinte tandwielassemblage is dat je vervangende tandwielen gewoon kunt printen als dat nodig is. In tegenstelling tot metalen onderdelen zijn 3D-geprinte tandwielen goedkoop genoeg om je niet slecht te voelen als ze niet perfect blijken te zijn.
Conclusie
Gears kunnen zorgen voor een zeer interessant project voor uw 3D-printer. Schijnbaar eenvoudig, tandwielen hebben veel baat bij uiterst nauwkeurig 3D-printen. Als je je vaardigheden nog verder wilt aanscherpen, raden we je aan om te leren hoe je tandwielen helemaal opnieuw kunt modelleren en ontwerpen.
Als u niet helemaal weet waar u moet beginnen, kunt u vooraf gemaakte modellen 3D-printen, zoals deze twee eenvoudige tandwielassemblages. Let op de vorm van de tandwieltanden en hoe koppeloverdracht werkt. Met wat oefening kun je uiteindelijk tandwielassemblageontwerpen bedenken die veel complexer zijn.
Waarschuwing; 3D-printers mogen nooit onbeheerd worden achtergelaten. Ze kunnen een brandveiligheidsrisico vormen.