Изготовление шестеренок
Материал из MNTC.
Нередко для какой-нибудь конструкции бывают нужны шестеренки. Часто их добывают из плееров и принтеров. Однако, даже если вы - знатный губитель и тех и других, задача сборки из них пары одинаковых редукторов, как правило, оказывается неразрешимой.
Более продвинутые способы - покупка ремкомплектов к аудиотехнике (цена которых превосходит себестоимость раз в 200), поиск кладбищ однородной техники, заказ шестеренок у фирм, обладающих точными фрезерными станками с ЧПУ тоже не лишены недостатков. А ведь тем временем, существует множество способов "кухонного" изготовления зубчатых колес и шестеренок. Рассмотрим некоторые из них.
Еще не все из них мы успели опробовать, поэтому методы, в описании которых нет картинок, могут и не работать. Хотя, конечно, все зависит от того, как взяться за дело.
1. Обработка на станке с ЧПУ из конструктора Кулибин
Пример изготовления шестеренки таким способом (видео) Тест на пенопласте (видео)
Это шестеренки из текстолита, алюминия, оргстекла
2. Метод литья. Как вы уже, наверное догадались, можно не только клеить, но и лить в глиняные формы. причем, не только расплавы, но и растворы. Особенно хорош раствор пластмасс в дихлорэтане - жаль только что долго застывает при большом объеме.
3. Тонкопленочный метод. Можно опрыскивать форму каким-нибудь средством из баллончика, или промазывать лаком, способным засыхать в прочную пленку - и по мере высыхания пленок наносить новые слои. Затем аккуратно сошлифовать верхний слой, вышедший за пределы формы. Актуально для тонких точных шестеренок большой площади.
4. Метод Леонардо Да Винчи
Такие шестеренки можно изготовить и в лесу (если под рукой есть нож и шило). Отличаются малой чувствительностью к перекосам осей и прочим дефектам конструкции. При точном изготовлении возможно получение малых люфтов. Такие шестеренки, несмотря на их "топорность" могут оказаться безальтернативными при изготовлении микромашин, где роль штырей будет играть тонкая проволока или пластиковые микроволокна.
Посмотрите как работает такая передача в движении.
5. Метод шагового двигателя Закрепите кусочек пластмассы на валу шагового двигателя. Затем установите дремель так, чтобы он мог двигаться относительно заготовки в радиальном направлении. Включите двигатель на непрерывное вращение и зафиксируйте дремель чтобы обточить заготовку до круглости. Затем поворачивайте двигатель на несколько шагов, фрезеруйте дремелем зуб (используйте для точного перемещения дремеля упор, а лучше всего другой шаговый двигатель), затем снова поворачивайте. Вот как это выглядит с использованием конструктора "Кулибин".
6. Метод горячего накатывания Изготовим приспособление, в котором оригинальная металлическая шестеренка и заготовка из термопластичного материала могут крутиться, но не могут перемещаться. Кроме того, должна иметься возможность пришимать шестеренки друг к другу чтобы они входили в зацепление, например при помощи винта.
Обеспечим вращение металлической шестеренки и ее нагрев до температуры размягчения заготовки. Плавно прижимая заготовку к оригиналу, накатываем резьбу до получения нужного радиуса и количества зубьев.
Будучи не слишком простым в реализации метод хорош тем, что позволяет создавать комплекты шестеренок разного радиуса и числа зубьев, используя как базу всего одну шестеренку любого радиуса. Построив такой аппарат, можно создавать любые шестеренки, имея всего по одной базовой шестеренке для каждого размера зуба (которых для шестеренок размером несколько сантиметров всего три или четыре)
7. Метод горячей нарезки При изготовлении зубчатых реек, обнаружилось, что практически все шестеренки, применяемые в современных приборах, в точности подходят к какой-нибудь из метрических резьб: М3, М6, М8, М10 и т.п. Естественно предположить использование зубчатой рейки, шпильки или просто болта как базы для изготовления шестеренок, по принципу сходному с использованным в методе №6.
Колесо, нарезанное саморезом, могло бы составить с этим саморезом червячную передачу.
8. Нарезка метчиком Метчик может в некотором смысле заменить червячную фрезу, которой нарезают большие шестеренки в промышленности. Чтобы использовать эту возможность, заготовку для шестеренки надо закрепить на подшипниках для свободного вращения вокруг своей рабочей оси, при отсутствии других степеней свободы. Метчик закрепим в патроне дрели или сверлильного станка. Осталось только расположитть в пространстве эти две части машины, для задания радиуса и формы зубьев будущей шестеренки. Включив дрель получим самонарезающуюся червячную передачу. Перемещая дрель с метчиком по прямой, увеличиваем глубину нарезки до той, которая нам нужна.
9. Заливка клеем глиняных форм.
Скорее это не изготовлене шетеренок, а их копирование. И в самом деле - ведь нам надо как-то сообщить материалу форму, а для этого надо эту форму где-то взять. Проще говоря: берем и отпечатываем в глине оригинал понравившейся шестеренки.
В оригинал вставлен болт для удобства доставания из формы. Дырочка в шестеренке выйдет гораздо аккуратнее, если ее просверлить отдельно. При отпечатывании глина разойдется в стороны, поэтому осторожно придавите ее руками для плотно облегания шестеренки. К выбору глины требование одно - лекгость отлипания от оргинала. Вот почему ни один известный нам пластилин на эту роль не подошел - он застревает в мелких выемках и подходит только для копирования очень грубых деталей. Мы использовали глину, применяемую для изготовления керамических горшков. Для уменьшения липучексти сверху она была полита машинным маслом. Чем крупнее шестеренка, тем точнее сработает этот метод.
Теперь просеем что-нибудь мелкое, например - песок. Этим и засыпем форму. Строго говоря, это необязательно должен быть песок. Можно использовать и просеянные опилки с верстака, и пыль из под шкафа, и муку, и соль, и порох :) - да мало ли что можно просеять.
Выбор вещества - наполнителя зависит от применяемого связующего - некоторыенаполнители прояволяют гидрофобность к некоторым видам клея и их приходится исключить. Лучшие результаты у нас получились с пластмассовым порошком и суперклеем. Хотя лучше, конечно, если время позволяет, применять эпоксидный клей. Идеальным клеем для этих целей является "Поксипол", который уже содержит наполнитель,удобен в обращении, быстро застывает и имеет высокую прочность. Единственный его недостаток - дороговизна. Но если вам нужно мало шестеренок или они будут использоваться в ответственном механизме - выбирайте именно его.
Теперь, в зависимости от характера взаимодействия клея и наполнителя, дейстуем одним из двух противоположных путей: капаем на поверхность наполнителя или сыпем наполнитель в клей.
Дождавшись затвердения смеси, извлекаем шестеренку и моем ее в воде или керосине старой зубной щеткой.
У мелких шестеренок все равно обнаружатся дефекты в виде лишнего материала между зубами. Устранять их удобно зажав дремель с узким отрезным кругом в тисках и поочередно прошлифовав все межзубные впадинки. Готовое колесо работоспособно наравне с оригиналом (а может и лучше - кто знает какие клеи вы используете) и составляет с ним превосходную передачу. Если вам нужно супер-качество - сделайте целый блин из глины, на нем множество оттисков и залейте их все одновременно с тем чтобы потом выбрать несколько лучших результатов.
Более крупные зубчатые колеса получаются гораздо лучше: внизу слева - эпоксидно-песочное колесо со стальным оригиналом, справа - оно же, но уже покрашенное аэрозольной краской. В эпоксидном клее развели столько песка,сколько удалось при подогреве (феном) и перемешивании, положили в форму и нагрели снова (это сделало смесь текучей и проникающей в мелкие детали. Как видно, для образца или любительской модели - это самое то. Дефект внутри кольца вызван тем, что сначала оригинал вытащили из глины плоскогубцами, а потом уже догадались, что для этой цели нужно было использовать магнит.
10. Метод ломтиков колбасы Из "холодной сварки" (эпоксидной смолы с наполнителем в консистенции пластилина) скатываем колбасу между двух твердых ровных пластин. Затем осторожно прокатываем ее между двумя другими пластинами, одна из которых мягкая, а другая рифленая, так чтобы рифленая пластина сформировала канавки вдоль колбасы. Если получается нецелое число канавок, то надо уменьшить радиус колбасы и снова перенести на рифленую поверхность. Затем даем материалу затвердеть и нарезаем ломтиками.
11. Формование зубчатым ремнем Форму для изготовления шестеренки в данном методе получают не из глины, а путем размещения зубчатого ремня на внутренней поверхности круглого предмета - кольца или донышка цилиндра. Если один и тот же ременть используется для разных колец, в них должны иметься прорези для выпуска длинного конца ремня. Смазав ремень маслом, заливаем формовочную смесь или раствор.
Этот метод можно использовать для формования шестеренок под зубчатый ремень, которые порой добыть не так то просто.
12. Метод холодного накатывания В методе №8 можно обойтись без нагрева и прижимного механизма если вместо термопластов использовать "холодную сварку" или "Поксипол". Не забудьте смазать маслом всю установку, чтобы шестеренка не осталась в ней навсегда!
13. Метод лазерного утюга Известным многим радиолюбителям метод лазерного принтера и утюга может быть использован для изготовления шестеренок, в частности, довольно маленьких. Только вместо печатной платы рисунок переносится на медную пластину или фольгу. Если точное совмещение рисунка с двух сторон пластины вызывает затруднения, заклейте вторую сторону скотчем и забудьте о ней. Затем отправляйте в хлорное железо.
Поскольку мы вытравливаем медь, не вошедшую в состав шестеренок, а принтеру все равно что печатать, разумно заполнить всю поверхность травимого листа шестеренками максимально плотно, чтобы сэкономить хлорное железо и иметь возможность выбора наиболее удачных вариантов.
14. Метод фотокопирования То же, что и метод 13, только вместо отпечатка лазерного принтера используется фоторезистивная маска. Нанесите по всем правилам и высушите фоторезист на медной пластинке. Затем положите на нее все шестеренки, которые надо скопировать и облучите ультрафиолетом. Выключив ультрафиолетовую лампу, снимите шестеренки и промойте пластину в слабощелочном растворе (см инструкцию к фоторезисту.) Если тени шестеренок получились не такими как вам хотелось, смойте их ацетоном и повторите процесс. Когда все устраивает, заклейте вторую сторону и используйте хлорное железо для удаления излишков меди.
15. Метод опиливания Вырезаем круглую заготовку диаметром несколько больше будущей шестеренки. Примерно по центру просверливаем в ней отверстие, такое же как в той шестеренке, которую копируем. Прижимаем их друг к другу пропущенным через эти отверстия винтом с шайбами (Лучше всего зажать заготовку между двух одинаковых шестеренок). Любым подходящим инструментом обрезаем излишки материала по краям. А теперь напильником или надфилем, имеющим острый угол, орудуем между зубьев шестереки оригинала пока шестеренка-копия не перестанет из под нее выглядывать.
Обработку зубьев надо вести не по кругу, а чередуя направление - следующий зуб для обработки выбирая то по часовой, то против часовой стрелки относительно уже обработанных. Так компенсируется возможное проворачивание шестеренок и смещение зубьев.
Этот способ не годится для изготовления шестеренок из мягких материалов (полиэтилен, силикон и т.п.), которые не хотят обрабатываться напильником.
16. Метод лепки Лепим или накатываем шпилькой шестеренку из пластилина cernit, затвердевающего в духовке.
