Шестерня на заказ: как изготовить пластиковую шестерню по образцу

Пластиковые шестерни стоят в миксерах, мясорубках, кухонных комбайнах, принтерах, приводах жалюзи и ворот, стеклоподъёмниках, детских игрушках и станках. Ломаются они чаще остальных деталей: стираются зубья, трескается ступица, проворачивается посадка на валу. Купить такую шестерню отдельно обычно нельзя, а мастерские предлагают менять весь редуктор.

Шестерню можно изготовить по образцу — даже по сломанной или с полностью стёртыми зубьями.

Какие шестерни можно сделать

Прямозубые — самые распространённые, стоят в большинстве бытовых приводов.
Косозубые — работают тише, зубья идут под углом к оси.
Червячные пары — червяк и червячное колесо, например в приводах и стеклоподъёмниках.
Конические — передают вращение под углом, часто в мясорубках и электроинструменте.
Зубчатые блоки — две шестерни разного размера на одной ступице.
Шкивы под зубчатый ремень и зубчатые рейки.

Какие параметры нужны

Чтобы новая шестерня работала в паре со старой, нужно точно повторить зацепление. Для этого определяю:

число зубьев (z);
модуль (m) — главный параметр зуба, от него зависят размер и шаг зубьев;
диаметр вершин зубьев и ширину венца;
угол наклона зуба — для косозубых;
посадку на вал: круглая, с лыской, шлицевая, на шпонке, запрессовка;
ступицу, буртики, фаски и всё, что определяет, как шестерня стоит в узле.

Как определить модуль

Для обычной прямозубой шестерни модуль считается по диаметру вершин: m = dₐ / (z + 2). Например, у шестерни с 30 зубьями и диаметром вершин 32 мм модуль равен 1. Модули стандартные (0,5; 0,8; 1; 1,25; 1,5; 2 и так далее), поэтому результат сверяю со стандартным рядом.

Если зубья стёрты и диаметр мерить бесполезно, модуль подсказывает ответная шестерня и межосевое расстояние: a = m · (z₁ + z₂) / 2. Поэтому вместе со сломанной шестернёй полезно прислать ту, что работала с ней в паре.

Как проходит работа

Оценка по фото. Смотрю шестерню, ответную деталь и место установки.
Обмер или 3D-сканирование. Простую шестерню снимаю штангенциркулем, сложную — блок, косозубую, коническую — сканирую.
CAD-модель с правильным профилем зуба. Зуб строится по эвольвенте, а не копируется со скана. Стёртый зуб повторять нельзя — нужна геометрия новой шестерни.
Пробная печать. Проверяю зацепление с ответной шестернёй и посадку на вал, при необходимости правлю модель.
Финальная шестерня из подходящего материала и файлы модели, чтобы её можно было повторить.

Из какого пластика печатать шестерню

Нейлон (PA) — основной материал для шестерён. Вязкий, износостойкий, с низким трением, хорошо держит ударную нагрузку. Заводские пластиковые шестерни часто литые из полиацеталя (POM). При печати его заменяет нейлон: он близок по свойствам и печатается надёжнее.
Поликарбонат — для нагруженных шестерён рядом с источником тепла.
PETG — для слабонагруженных и редко работающих передач: регулировки, механизмы игрушек.
Фотополимер (SLA) — для мелких шестерён малого модуля, где важна точность профиля. Берут ударопрочные смолы: обычные хрупкие.

PLA для шестерён не подходит: он хрупкий, быстро стачивается и боится нагрева от трения. Подробнее о свойствах пластиков — в статье «Какой пластик выбрать для 3D-печати функциональной детали».

Когда пластиковая шестерня не подойдёт

Если шестерня передаёт большой момент на высокой скорости, работает в паре с металлической шестерней под нагрузкой или в горячем масле, пластик её не заменит. Для таких случаев по той же CAD-модели деталь можно изготовить из металла, например на станке с ЧПУ.

Ещё одна ловушка — шестерня-предохранитель. В мясорубках и некоторых приводах пластиковую шестерню специально делают слабым звеном: при заклинивании ломается она, а не мотор. Ставить сюда сверхпрочную деталь нельзя, иначе следующим сгорит двигатель. В таких случаях подбираю материал близкий к заводскому.

Что прислать для оценки

Фото шестерни с нескольких сторон, рядом с линейкой.
Фото ответной шестерни и места установки.
Число зубьев и наружный диаметр, если можете посчитать и измерить.
Что это за устройство и как часто оно работает.