Gears: kaikki mitä sinun tarvitsee tietää näistä ketjupyöristä

Los vaihdetta Ne ovat monissa nykyisissä mekanismeissa, analogisista kelloista ajoneuvojen moottoreihin, vaihteistoihin, robottien, tulostimien ja monien muiden mekatronisten järjestelmien kautta. Niiden ansiosta siirtojärjestelmiä voidaan tehdä ja ne ylittävät liikkeen lähettämisen, ne voivat myös muuttaa sitä.

Siksi ne ovat erittäin tärkeitä elementtejä sinun pitäisi tietää, miten ne toimivat Oikein. Tällä tavoin voit käyttää projektiisi oikeita vaihteita ja ymmärtää paremmin niiden toimintaa ...

Mikä on vaihde?

On ketjujärjestelmiä, hihnapyöräjärjestelmiä, kitkapyöriä jne. Ne kaikki siirtojärjestelmät sen etujen ja haittojen kanssa. Mutta kaikista niistä erottuu vaihteisto, joka on yleensä suosikki ominaisuuksiltaan:

• Ne kestävät hampaidensa aiheuttamia suuria voimia luistamatta, kuten kitkapyörillä tai hihnapyörillä voi tapahtua.
• Se on käännettävä järjestelmä, joka pystyy välittämään voimaa tai liikettä molempiin suuntiin.
• Ne mahdollistavat erittäin tarkan liikkeen hallinnan, kuten voidaan nähdä askelmoottorit, Esimerkiksi.
• Niiden avulla voidaan luoda kompakteja voimansiirtojärjestelmiä ketjujen tai hihnapyörien eteen.
• Eri kokoja voidaan yhdistää häiritsemään kunkin akselin pyörimistä. Yleensä kun käytetään kahta rattaita, suurempaa vaihdetta kutsutaan pyöräksi ja pieneksi hammaspyöräksi.

Un hammaspyörä tai hammaspyörä Se ei ole mitään muuta kuin pyörätyyppi, jonka hampaiden sarja on veistetty sen ulko- tai sisäreunaan vaihdelaatikosta riippuen. Nämä ketjupyörät ovat pyörivässä liikkeessä vääntömomentin aikaansaamiseksi akseleille, joihin ne on kiinnitetty, ja ne voidaan ryhmitellä yhteen monimutkaisempien hammaspyöräjärjestelmien muodostamiseksi, sovittamalla hampaansa yhteen.

On selvää, että se on mahdollista, hampaiden tyyppi ja koko täytyy täsmätä. Muuten ne ovat yhteensopimattomia eivätkä sovi. Nämä parametrit ovat niitä, joita käsitellään seuraavassa osassa ...

Vaihteen osat

Jotta kaksi vaihdetta sopisi yhteen, hampaiden halkaisija ja määrä voivat vaihdella, mutta niiden on kunnioitettava useita tekijöitä, jotka tekevät vaihde oltava yhteensopivia keskenään, kuten käyttämänsä hampaan tyyppi, mitat jne.

Kuten edellisessä kuvassa näkyy, niitä on useita osia vaihde, jonka sinun pitäisi tietää:

• Septum tai käsivarret: se osa on vastuussa kruunun ja kuution liittämisestä liikkeen välittämiseksi. Ne voivat olla enemmän tai vähemmän paksuja, ja sen koostumus ja vahvuus riippuvat suurelta osin voimasta ja painosta. Joskus ne yleensä lävistetään painon alentamiseksi, toisinaan valitaan kiinteä osio.
• Kuutio: se on osa, johon liikkeensiirtoakseli on kiinnitetty ja joka on kiinnitetty väliseinään.
• Korona: on hammaspyörän alue, johon hampaat on leikattu. Se on tärkein, koska vaihde yhteensopivuus, käyttäytyminen ja suorituskyky riippuvat siitä.
• Hammas: se on yksi kruunun hampaista tai ulkonemista. Hammas voidaan jakaa useisiin osiin:
  • Crest: on hampaan ulompi osa tai kärki.
  • Kasvot ja kylki: on hampaan sivun ylä- ja alaosa, toisin sanoen kosketuspinta kahden verkottavan hammaspyörän välillä.
  • Valle: se on hampaan alaosa tai kahden hampaan välinen välialue, johon sijoittuu toisen hammastetun pyörän harja, johon se verkkoutuu.

Kaikki tämä tuottaa sarjan kruunun geometriat joka erottaa vaihteiden tyypit ja ominaisuudet:

• Juuren ympärysmitta: merkitsee hampaiden laaksoa tai pohjaa. Toisin sanoen se rajoittaa hammaspyörän sisähalkaisijan.
• Alkeellinen ympärysmitta: määrittää jaon hampaan sivupuolen kahden osan välillä: kasvot ja kylki. Se on erittäin tärkeä parametri, koska kaikki muut määritellään sen perusteella. Se jakaa hampaan kahteen osaan, dedendumiin ja addendumiin.
  • Hammasjalka tai dedendum: hampaan alaosa on alkuperäisen ja juuren ympärysmitan välissä.
  • Hammaspää tai lisäys: hampaan yläosa, joka lähtee alkuperäisestä kehästä ja ulkokehästä.
• Pään ympärysmitta- merkitsee hammasharjan eli hammaspyörän ulkohalkaisijan.

Kuten voitte kuvitella, voitte kruunusta, halkaisijasta ja hampaiden tyypistä riippuen vaihda vaihdetta mukaan:

• Hampaiden lukumäärä: se määrittelee välityssuhteen ja on yksi määrittävimmistä parametreista sen käyttäytymisen määrittämiseksi siirtojärjestelmässä.
• Hampaiden korkeus: kokonaiskorkeus laaksosta harjanteelle.
• Pyöreä askel: etäisyys hampaan yhden osan ja seuraavan hampaan saman osan välillä. Toisin sanoen kuinka kaukana hampaat ovat toisistaan, mikä liittyy myös määrään.
• Espesor: on vaihteen paksuus.

Gear-sovellukset

Las vaihdesovellukset niitä on monia, kuten olen jo kommentoinut aiemmin. Joitakin sen käytännön sovelluksia ovat:

• Ajoneuvon vaihdelaatikot.
• Askelmoottorit kääntöohjausta varten.
• Hydrauliset pommit.
• Kaikenlaiset moottorit, kuten kääntö- tai liikkeensiirtoelementit.
• Differentiaalimekanismit.
• Tulostimet päiden tai rullien siirtämiseen.
• Robotit liikkuville osille.
• Teollisuuden koneet.
• Analogiset kellot.
• Kodinkoneet, joissa on mekaanisia osia.
• Elektroniset laitteet, joissa on liikkuvia osia.
• Oven avausmoottorit.
• Siirrettävät lelut.
• Maatalouskoneet.
• Ilmailu.
• Energiantuotanto (tuuli, lämpö, ​​...).
• ja niin edelleen

Voit ajatella lukuisia muita sovelluksia projekteihisi Arduinolla, roboteilla jne. Voit automatisoida monia mekanismeja ja pelata nopeuksilla jne.

Vaihteistotyypit

Sen hampaiden ja itse vaihdeominaisuuksien mukaan sinulla on erityyppisiä vaihteita käden ulottuvilla, jokaisella on etuja ja haittoja, joten on tärkeää valita oikea kullekin sovellukselle.

Los yleisimmät tyypit ääni:

• Lieriömäinen: käytetään yhdensuuntaisille akseleille.
  • Suoraan: ne ovat yleisimpiä, joita käytetään, kun tarvitaan yksinkertaista vaihdetta, jolla ei ole kovin suurta nopeutta.
  • Kierteinen: ne ovat jonkin verran edistyneempi versio aikaisemmista. Niissä hampaat on järjestetty yhdensuuntaisiksi kierukkareiteiksi sylinterin (yksi tai kaksinkertainen) ympärille. Niillä on selkeä etu verrattuna suoriin viivoihin, kuten hiljaisempi, suuremmilla nopeuksilla toimiva, voi välittää enemmän virtaa ja liikkuminen on tasaisempaa ja turvallisempaa.
• Kartiomainen: Niitä käytetään siirtämään akseleiden välistä liikettä eri kulmiin, jopa 90 asteen kulmaan.
  • Suoraan: He käyttävät suoria hampaita ja jakavat ominaisuuksia suorien sylinterimäisten kanssa.
  • Kierre: tässä tapauksessa ne tukevat suurempia nopeuksia ja voimia, kuten tapahtui kierteisille.
• Sisäinen vaihde: Sen sijaan, että hampaat tai kruunu olisi veistetty ulkopuolelta, heillä on se sisäpuolella. Ne eivät ole yhtä yleisiä, mutta niitä käytetään myös tietyissä sovelluksissa.
• Planetaariot: se on vaihdejoukko, jota käytetään tietyissä voimansiirtojärjestelmissä, joissa on keskivaihde, jonka ympäri muut pienemmät pyörivät. Siksi sillä on tuo nimi, koska ne näyttävät kiertävän.
• Loputon ruuvi: se on yleinen vaihde joissakin teollisissa tai elektronisissa mekanismeissa. Se käyttää hammaspyörää, jonka hampaat on leikattu spiraalimuodossa. Ne tuottavat hyvin vakionopeuden ja ilman tärinää tai melua. Ne voivat välittää suoran hammastetun pyörän, jonka akseli on vinosti matoa vastaan.
• Teline ja hammaspyörä: se on hammaspyöräjärjestelmä, joka on myös yleinen joissakin mekanismeissa ja joka sallii akselin pyörimisliikkeen muuttamisen lineaariseksi liikkeeksi tai päinvastoin.

Jos pidät Hänen sävellyksensä, voit myös erottaa materiaalit, kuten:

• Metales: ne on yleensä valmistettu erityyppisistä teräksistä, kupariseoksista, alumiiniseoksista, valuraudasta tai harmaasta valuraudasta, magnesiumseoksista jne.
• muovi: käytetään elektroniikassa, leluissa jne. Ne ovat polykarbonaatti-, polyamidi- tai PVC-hammaspyörät, asetaalihartsit, PEEK-polyeetterieetteriketoni, polytetrafluorieteeni (PTFE) ja nestekidepolymeerit (LCP).
• puu: ne eivät ole yleisiä, vain vanhoissa mekanismeissa tai tietyissä leluissa.
• Muu: on todennäköistä, että hyvin erityisissä tapauksissa käytetään muita kuituja tai erityisiä materiaaleja.

Mistä ostaa vaihdetta?

Sinä löytää erityyppisiä vaihteita monissa mekaanisissa tai elektroniikkaliikkeissä. Esimerkiksi tässä on joitain esimerkkejä:

• Muovinen moottorivaihteisto. 64 erilaista.
• Tuotteita ei löytynyt.
• Sarja 16 erilaista metalliosaa, myös kierteiset.
• Muovinen karavaihdesarja.

Nämä tuotteet ovat kooltaan pieniä, jos tarvitset suurempia vaihteita, et todennäköisesti löydä niitä niin helposti. Lisäksi, jos tarvitset jotain erityistä, monet kääntökurssit voivat tee se sinulle. 3D tulostimet ne auttavat myös valmistajia luomaan omat vaihdeensa.

Ketjupyöräjärjestelmien peruslaskelmat

Kuten voit nähdä tästä GIF: stä, sinun on ymmärrettävä, että kun kaksi vaihdetta verkottuu, molemmat akselit pyörii vastakkaiseen suuntaan eikä samassa mielessä. Kuten näette, jos katsot punaista jyrkää sivua, se kääntyy oikealle, kun taas sininen kääntyy vasemmalle.

siksi jotta akseli pyörii samaan suuntaan olisi tarpeen lisätä toinen ylimääräinen pyörä, kuten vihreä. Tällä tavalla punainen ja vihreä pyörivät samaan suuntaan. Tämä johtuu siitä, että kun sininen pyörii vasemmalle, sinivihreän ollessa kytkettynä vihreä kääntää pyörimissuunnan uudelleen ja synkronoituu punaisen kanssa.

Toinen niistä asioista, joita voidaan arvostaa siinä GIF: ssä, on kääntymisnopeus. Jos kaikilla hammaspyörillä olisi sama halkaisija ja lukumäärä hampaita, kaikki akselit pyörivät samalla nopeudella. Toisaalta, kun hampaan lukumäärää / halkaisijaa muutetaan, myös nopeutta muutetaan. Kuten näette tässä tapauksessa, punainen on se, joka pyörii nopeimmin, koska sillä on pienempi halkaisija, kun taas sininen pyörii keskinopeudella ja vihreä on se, joka pyörii hitaimmin.

Vastauksena tähän on mahdollista ajatella, että nopeuksien kokoja voi muuttaa. Olet oikeassa, aivan kuten polkupyörä voi tehdä sen vaihteilla tai vaihdelaatikko auton vaihteilla. Eikä vain, voit myös laskea kääntymisnopeutta.

Kun sinulla on kaksi vaihdetta, yksi pieni (hammaspyörä) ja toinen iso (pyörä), seuraavia voi tapahtua:

• Jos kuvittelemme, että moottori tai pito kohdistetaan hammaspyörään ja pyörää ajetaan, vaikka hammaspyörä pyörii suurella nopeudella, kun pyörällä on suurempi, se hidastaa sitä ja toimii reductor. Vain jos ne olisivat samankokoisia (hammaspyörä = pyörä), molemmat akselit pyörivät samalla nopeudella.
• Toisaalta, jos ajattelemme, että pyörällä on pito ja nopeutta käytetään, vaikka se olisi pieni, hammaspyörä kääntyy nopeammin, koska sen pieni koko toimii kerroin.

Vaihteiston laskelmat

Kun olet ymmärtänyt tämän, voit laskea yksinkertaisen vaihteiston kahden vaihteen välillä soveltamalla kaavan mukaan:

N1 Z1 = N2 Z2

Jossa Z on silmäkokoisten hammaspyörien 1 ja 2 hampaiden lukumäärä ja N on akselien pyörimisnopeus kierrosta minuutissa (kierrosta minuutissa tai kierrosta minuutissa). Sillä ejemploKuvittele, että yllä olevassa GIF: ssä yksinkertaistetaan:

• Punainen (käyttö) = 4 hammasta ja moottori pyörittää akseliinsa pyörimisnopeutta 7 r / min.
• Sininen = 8 hammasta
• Vihreä = 16 hampaita

Jos haluat laskea käännöksen tässä järjestelmässä, sinun on ensin laskettava sinisen nopeus:

4 = 7 z

z = 4 7/8

z = 3.5 kierrosta / min

Toisin sanoen, sininen akseli kääntyisi nopeudella 3.5 RPM, hieman hitaammin kuin punaisen 4 RPM. Jos halusit laskea vihreän käännöksen, nyt kun tiedät sinisen nopeuden:

8 = 3.5 z

z = 8 3.5/16

z = 1.75

Kuten näette, vihreä pyörii nopeudella 1.75 r / min, mikä on hitaampaa kuin sininen ja vihreä. Ja mitä tapahtuisi, jos moottori sijaitsee vihreällä akselilla ja vetävä pyörä pyörii 4 kierrosta minuutissa, kierto olisi 8 kierrosta minuutissa sinisellä, 16 kierrosta minuutissa punaisella.

Tästä seuraa, että kun vetävä pyörä on pieni, loppuakselilla saavutetaan pienempi nopeus, mutta suurempi voima. Siinä tapauksessa, että pito on suuri pyörä, pieni pyörä saavuttaa suuremman nopeuden, mutta vähemmän voimaa. Koska siellä teho tai vääntömomentti eri? Katso tätä kaavaa:

P = T ω

Missä P on akselin välittämä teho watteina (W), T on kehitetty vääntömomentti (Nm), ω kulmanopeus, jolla akseli pyörii (rad / s). Jos moottorin teho säilyy ja pyörimisnopeus kerrotaan tai pienennetään, muuttuu myös T. Samoin tapahtuu, jos T pidetään vakiona ja nopeutta vaihdetaan, P muuttuu.

Luultavasti haluat myös laskea, jos akseli pyörii X RPM: llä, kuinka paljon se etenisi lineaarisesti, ts. lineaarinen nopeus. Kuvittele esimerkiksi, että punaisessa moottorissasi on tasavirtamoottori ja vihreällä akselilla pyörä niin, että moottori kulkee pinnalla. Kuinka nopeasti se menisi?

Tätä varten sinun on vain laskettava asentamasi renkaan ympärysmitta. Tätä varten kerro halkaisija Pi: llä ja se antaa sinulle kehän. Lineaarinen nopeus voidaan saada tietäen kuinka paljon pyörä voi edetä jokaisella käännöksellä ja ottaen huomioon, mitä käännöksiä joka minuutti ...

Tässä näytän sinulle videon, jotta voit ymmärtää tämän paremmin:

Matoja ja takarattaita koskevat laskelmat

Mitä mato vaihde ja takaratas, voidaan laskea kaavalla:

i = 1 / Z

Tämä johtuu siitä, että ruuvia pidetään tässä järjestelmässä yksittäisenä hammaspyöränä, joka on leikattu kierteisesti. Joten jos sinulla on esimerkiksi 60-hampainen takaratas, se on 1/60 (tämä tarkoittaa, että ruuvin on käännettävä 60 kertaa, jotta takaratas voi suorittaa yhden kierroksen). Lisäksi se on mekanismi, jota ei voi palauttaa muiden tavoin, ts. Ketjupyörää ei voida pyörittää niin, että mato pyörii, vain mato voi olla vetoakseli täällä.

Teline- ja hammaspyörälaskelmat

Järjestelmää varten Teline ja hammaspyörä, laskelmat muuttuvat jälleen, tässä tapauksessa ne ovat:

V = (p Z N) / 60

Toisin sanoen, kerro hammaspyörän hampaiden nousu (metreinä) hammaspyörän hampaiden lukumäärällä ja hammaspyöräkierrosten lukumäärällä (rpm). Ja se jaetaan 60: llä. Kuvittele esimerkiksi, että sinulla on järjestelmä, jossa on 30-hampainen hammaspyörä, 0.025-metrinen ja 40-kierrosta minuutissa pyörimisnopeus:

V = (0.025) / 30

V = 0.5 m / s

Eli se etenisi puoli metriä sekunnissa. Ja tässä tapauksessa kyllä ​​se on palautuvaToisin sanoen, jos telinettä liikutetaan pituussuunnassa, hammaspyörä voidaan saada pyörimään.

Voit jopa laskea, kuinka kauan matkan kulkeminen kestää, ottamalla huomioon kaava tasainen linjan liike (v = d / t), ts. jos nopeus on yhtä suuri kuin etäisyys jaettuna ajalla, aika tyhjennetään:

t = d / v

Siksi jo tietäen esimerkiksi nopeuden ja matkan, jonka haluat laskea, kuvittele, että haluat laskea kuinka kauan kestää yhden metrin kulkeminen:

t = 1 / 0.5

t = 2 sekuntia

Toivon, että olen auttanut sinua saamaan ainakin kaikkein tärkeimmän tiedon vaihdeista, jotta ymmärrät, miten ne toimivat ja miten voit käyttää niitä eduksi tulevissa projekteissasi.