Изготовление шестерни по образцу без чертежа

Шестерня сломалась или стёрлась, а запасной нет: производитель машины её больше не поставляет, импорт идёт месяцами, чертежей никто не видел. Типичная ситуация для ремонтных служб. Хорошая новость — шестерню можно изготовить по образцу, даже изношенному. Расскажем, какие параметры для этого нужны, как их определить и что прислать производителю, чтобы новая шестерня встала на место с первого раза.

Какие параметры нужны, чтобы изготовить шестерню

Для обычной прямозубой цилиндрической шестерни основные параметры такие:

• число зубьев z — считается по образцу;
• модуль m — главный размер зуба, от него зависят все остальные размеры зубчатого венца;
• наружный диаметр — по вершинам зубьев;
• ширина зубчатого венца;
• посадка: диаметр отверстия, шпоночный паз или шлицы, ступица, крепёжные отверстия;
• материал и, если нужно, термообработка.

Для косозубых шестерён добавляются угол наклона зуба и его направление, для конических и червячных пар — свои параметры. Чем сложнее передача, тем важнее иметь парное колесо.

Как определить модуль по образцу

Для стандартной прямозубой шестерни без смещения действует простое соотношение: наружный диаметр равен модулю, умноженному на число зубьев плюс два. Отсюда модуль можно оценить так:

m ≈ D_{наружный} / (z + 2)

Например, у шестерни с 38 зубьями наружный диаметр 120 мм: 120 / (38 + 2) = 3. Значит, модуль, скорее всего, 3 мм. Результат сверяют со стандартным рядом модулей (1; 1,25; 1,5; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6; 8; 10 и т. д.).

Но у этой формулы есть ограничения:

• у изношенной шестерни вершины зубьев стёрты, и диаметр получается меньше реального;
• шестерни бывают с коррекцией (смещением исходного контура) — тогда формула даёт неточный результат;
• импортные машины могут использовать дюймовую систему (питч), а не модуль.

Поэтому для надёжного результата измеряют не один параметр, а несколько: наружный диаметр, размер по общей нормали (через несколько зубьев), межосевое расстояние в машине, параметры парного колеса. Если шестерня сложная или сильно изношена, её проще отсканировать.

Обмер или 3D-сканирование

Простую прямозубую шестерню можно обмерить штангенциркулем и зубомером. Для сложных и сильно изношенных деталей удобнее 3D-сканирование: сканер снимает форму детали целиком, по скану строят модель и чертёж. Важно, что модель строят по исходной геометрии, а не копируют износ: стёртый профиль зуба восстанавливают по стандарту и по парному колесу.

Полученные модель и чертёж остаются у заказчика — по ним можно заказывать шестерню повторно, не разбирая машину.

Из чего сделать новую шестерню

• Сталь — основной вариант для нагруженных передач; для износостойкости зубья упрочняют термообработкой.
• Чугун — для крупных тихоходных колёс; заготовку отливают по модели и затем обрабатывают.
• Бронза — для червячных колёс и пар, где важна работа на трение.
• Инженерный пластик (например, нейлон) — для лёгких нагрузок, где важны тишина и отсутствие смазки. Такую шестерню можно напечатать на 3D-принтере, а пластиковый образец — использовать для примерки перед изготовлением из металла.

Если неизвестно, из чего была исходная шестерня, материал подбирают по условиям работы: нагрузке, скорости, температуре, смазке.

Что прислать для расчёта

1. Фото шестерни с линейкой: общий вид, зубья крупно, отверстие и ступица.
2. Число зубьев и наружный диаметр.
3. Ширину венца и размеры посадки: отверстие, шпоночный паз или шлицы.
4. Парную шестерню или хотя бы её число зубьев и межосевое расстояние.
5. Машину и узел, где работает шестерня, нагрузку и обороты, если известны.
6. Количество и желаемый срок.

Лучше всего — передать саму шестерню: по образцу размеры снимаются точнее, чем по фото.

Если деталь сложной формы, начните с 3D-сканирования — так вы получите модель и чертёж, которые пригодятся и для следующих заказов.