Zupčanici: sve što trebate znati o ovim lančanicima

u zupčanici Oni se nalaze u mnoštvu trenutnih mehanizama, od analognih satova, preko motora, mjenjača, preko robota, štampača i mnogih drugih mehatroničkih sistema. Zahvaljujući njima, prenosni sistemi se mogu napraviti i ići dalje od prenosa pokreta, oni ga mogu i izmijeniti.

Stoga su oni vrlo važni elementi koji trebali biste znati kako rade Ispravno. Na taj način možete koristiti prave zupčanike za svoje projekte i bolje razumjeti njihov rad ...

Šta je zupčanik?

Postoje lančani sistemi, sistemi remenica, frikcioni točkovi itd. Svi oni prenosni sistemi sa svojim prednostima i nedostacima. Ali od svih se ističe sistem zupčanika, koji su obično omiljeni po svojim svojstvima:

• Izdržavaju velike sile zbog zuba bez klizanja, kao što je slučaj kod frikcionih kotača ili remenica.
• To je reverzibilan sistem, sposoban da prenosi snagu ili kretanje u oba pravca.
• Omogućuju vrlo preciznu kontrolu pokreta, kao što se može vidjeti na koračni motori, na primjer.
• Omogućuju stvaranje kompaktnih prenosnih sistema protiv lanaca ili remenica.
• Mogu se kombinirati različite veličine kako bi ometale rotaciju svake osi. Generalno, kada se koriste dva lančanika, veći zupčanik naziva se točak i mali zupčanik.

Un zupčanik ili zupčanik To je ništa više od tipa kotača s nizom zubaca urezanih na vanjskoj ili unutarnjoj ivici, ovisno o vrsti zupčanika. Ovi lančanici će se okretati kako bi stvorili obrtni moment na osovinama na koje su pričvršćeni i mogu se grupirati da bi stvorili složenije sisteme zupčanika koji međusobno postavljaju zube.

Očigledno, da bi to bilo moguće, vrsta i veličina zuba mora se podudarati. Inače će biti nekompatibilni i neće odgovarati. O ovim se parametrima govori u sljedećem odjeljku ...

Dijelovi zupčanika

Da bi se dvije brzine međusobno uklopile, promjer i broj zubaca mogu varirati, ali moraju poštivati ​​niz faktora koji čine zupčanik biti kompatibilni jedni s drugima, kao što su vrsta zuba koji koriste, dimenzije itd.

Kao što vidite na prethodnoj slici, postoje nekoliko dijelova u brzini biste trebali znati:

• Septum ili ruke: to je dio koji je zadužen za spajanje krune i kocke kako bi se prenio pokret. Mogu biti više ili manje guste, a njegov sastav i čvrstoća uvelike će ovisiti o snazi ​​i težini. Ponekad ih se obično probuši kako bi se smanjila težina, drugi put se odabere čvrsta pregrada.
• Kocka: to je dio na koji je pričvršćeno vratilo za prijenos pokreta i koji je pričvršćen na pregradu.
• korona: je područje zupčanika na kojem su zubi izrezani. To je najvažnije, jer o tome ovise kompatibilnost, ponašanje i performanse opreme.
• Zub: to je jedan od zuba ili izbočina krunice. Zub se može podijeliti na nekoliko dijelova:
  • Crest: je vanjski dio ili vrh zuba.
  • Lice i bok: je gornji i donji dio bočne strane zuba, odnosno kontaktna površina između dva zupčanika koja se spajaju.
  • Valle: to je donji dio zuba ili međupodručje između dva zuba, gdje će biti smješten greben drugog nazubljenog kotača s kojim je mreža.

Sve ovo stvara niz krune geometrije koji će razlikovati vrste i svojstva zupčanika:

• Opseg korijena: označava dolinu ili dno zuba. Odnosno, ograničava unutrašnji prečnik zupčanika.
• Primitivni obim: uspostavlja podjelu između dva dijela bočne strane zuba: lica i boka. To je vrlo važan parametar, jer se svi ostali definiraju na osnovu njega. Zub će podijeliti na dva dijela, dedendum i dodatak.
  • Zubno stopalo ili dedendum: to je donje područje zuba između izvornog opsega i opsega korijena.
  • Glava zuba ili dodatak: gornje područje zuba, koje ide od izvornog i vanjskog opsega.
• Opseg glave- označit će greben zuba, odnosno vanjski promjer zupčanika.

Kao što možete zamisliti, ovisno o krunici, promjeru i tipu zuba, možete varirati brzinu prema:

• Broj zuba: definirat će omjer prijenosa i jedan je od najvažnijih parametara za određivanje njegovog ponašanja u prijenosnom sustavu.
• Visina zuba: ukupna visina, od doline do grebena.
• Kružni korak: udaljenost između jednog dijela zuba i istog dijela sljedećeg zuba. Odnosno, koliko su zubi udaljeni, što je također povezano s brojem.
• Debljina: je debljina zupčanika.

Gear Applications

u primjene zupčanika ima ih mnogo, kao što sam već ranije komentirao. Neke od njegovih praktičnih primjena su:

• Menjači za vozila.
• Koračni motori za kontrolu okretanja.
• Hidrauličke bombe.
• Motori svih vrsta, poput elemenata za prenos okretanja ili kretanja.
• Diferencijalni mehanizmi.
• Štampači za pomicanje glava ili valjaka.
• Roboti za pokretne dijelove.
• Industrijske mašine.
• Analogni satovi.
• Kućanski aparati sa mehaničkim dijelovima.
• Elektronički uređaji sa pokretnim dijelovima.
• Motori za otvaranje vrata.
• Mobilne igračke.
• Poljoprivredne mašine.
• Vazduhoplovstvo.
• Proizvodnja energije (vjetar, toplina, ...).
• itd

Možete smisliti mnoštvo drugih aplikacija za svoje projekte s Arduinom, robotima itd. Možete automatizirati mnoge mehanizme i igrati se brzinama itd.

Vrste zupčanika

Prema njegovim zubima i karakteristikama same opreme, imate različite vrste zupčanika nadohvat ruke, svaka sa svojim prednostima i nedostacima, pa je važno odabrati pravu za svaku aplikaciju.

u najčešći tipovi To su:

• Cilindrični: koriste se za paralelne osi.
  • Ravno: najčešći su, koriste se kada je potreban jednostavan zupčanik sa ne baš velikim brzinama.
  • Spiralni: oni su nešto naprednija verzija prethodnih. U njima su zubi poredani paralelno zavojnim putevima oko cilindra (jednostruki ili dvostruki). Imaju očitu prednost u odnosu na ravne linije, poput tišeg rada na većim brzinama, prenošenja veće snage i ujednačenijeg i sigurnijeg kretanja.
• Konusni: koriste se za prenos kretanja između osi postavljenih pod različitim uglovima, čak i pod 90º.
  • Ravno: koriste ravne zube i dijele karakteristike sa ravnim cilindričnim.
  • Spirala: u ovom slučaju podržavaju veće brzine i sile, kao što se dogodilo spiralnim.
• Interni zupčanik: umjesto da su zubi ili krunica isklesani izvana, oni ih imaju iznutra. Nisu toliko česti, ali se koriste i za određene aplikacije.
• Planetarijumi: to je skup zupčanika koji se koristi u određenim prijenosnim sistemima gdje postoji središnji zupčanik oko kojeg se okreću drugi manji. Zbog toga i ima to ime, jer izgleda da orbitiraju.
• Beskrajni vijak: to je uobičajena oprema u nekim industrijskim ili elektroničkim mehanizmima. Koristi zupčanik čiji su zubi izrezani u spiralni oblik. Oni generiraju vrlo konstantnu brzinu i bez vibracija i buke. Mogu se prenositi na ravno nazubljeni točak čija je os koso na beskrajni vijak.
• Nosač i zupčanik: to je skup zupčanika koji je također uobičajen u nekim mehanizmima i koji omogućava rotacijsko kretanje osi da se transformira u linearno kretanje ili obrnuto.

Ako prisustvujete Njegov sastav, također možete razlikovati materijale kao što su:

• MetalesObično se izrađuju od različitih vrsta čelika, legura bakra, legura aluminijuma, livenog gvožđa ili sivog liva, legura magnezijuma itd.
• Plastika: koriste se u elektronici, igračkama itd. To su zupčanici od polikarbonata, poliamida ili PVC-a, acetalne smole, PEEK polietereterketon, politetrafluoretilen (PTFE) i polimeri sa tečnim kristalima (LCP).
• Madera: nisu česti, samo u starim mehanizmima ili u određenim igračkama.
• drugi: vjerovatno je da se za vrlo specifične slučajeve koriste druga vlakna ili određeni materijali.

Gde kupiti zupčanice?

Možete pronaći različite vrste zupčanika u mnogim prodavnicama mehanike ili elektronike. Na primjer, evo nekoliko primjera:

• Plastični motorni komplet. Sa 64 različite vrste.
• Nije pronađen nijedan proizvod.
• Komplet od 16 različitih metalnih dijelova, uključujući spirale.
• Komplet zupčanika od plastičnog vretena.

Ovi su proizvodi male veličine, ako su vam potrebni veći zupčanici, vjerojatno ih nećete pronaći tako lako. Također, ako vam treba nešto vrlo specifično, mogu to učiniti mnoge radionice tokara napravite za vas. The 3D štampači Oni takođe pomažu proizvođačima da kreiraju svoje zupčanice.

Osnovni proračuni za sisteme lančanika

Kao što možete vidjeti na ovom GIF-u, morate shvatiti da kada se dva zupčanika spoje, obje osi će se okretati u suprotnom smjeru i to ne u istom smislu. Kao što vidite, ako pogledate crvenu nazubljenu rutu, ona se okreće udesno, dok se plava okreće ulijevo.

Stoga, za okretanje osi u istom smjeru bilo bi potrebno dodati još jedan dodatni točak, poput zelenog. Na taj se način crvena i zelena okreću u istom smjeru. To je zato što će, dok se plava okreće ulijevo, kada uključuje plavo-zelenu, zelena ponovo okretati smjer rotacije, sinhronizirajući se s crvenom.

Još jedna stvar koja se može cijeniti u tom GIF-u je brzina okretanja. Da su svi zupčanici imali isti promjer i broj zubaca, sva vratila bi se rotirala istom brzinom. S druge strane, kada se promijeni broj / promjer zuba, mijenja se i brzina. Kao što vidite u ovom slučaju, crvena je ona koja se najbrže vrti, jer ima manji promjer, dok se plava vrti srednjom brzinom, a zelena najsporije.

Kao odgovor na ovo, moguće je pomisliti da se brzinom igranja s veličinama može promijeniti. U pravu ste, kao što to bicikl može učiniti sa zupčanicima ili menjač to čini sa prenosnim odnosima automobila. I ne samo to, možete izračunati i brzinu okretanja.

Kada imate dva zupčanika u mreži, jedan mali (zupčanik) i još jedan veliki (točak), moglo bi se dogoditi sljedeće:

• Ako zamislimo da se motor ili vuča primjenjuju na zupčanik i pogon kotača, iako se zupčanik okreće velikom brzinom, imajući veći točak, usporit će ga, djelujući kao reduktor. Samo ako bi bile iste veličine (zupčanik = točak), obje osovine bi se rotirale istom brzinom.
• S druge strane, ako zamislimo da točak ima vuču i primjenjuje se brzina, čak i ako je mala, zupčanik će se brže okretati, jer njegova mala veličina djeluje kao multiplikator.

Proračuni prijenosa zupčanika

Nakon što ste ovo shvatili, možete izvršiti proračune jednostavnog sistema prenosa između dva stupnja prijenosa primjenom formula:

N1 Z1 = N2 Z2

Gdje je Z broj zubaca zupčanika 1 i 2 koji su upleteni, a N brzina vrtnje vratila u okretajima (okretaji u minuti ili okretaji u minuti). Za ejemplo, zamislite to u GIF-u gore, da pojednostavimo:

• Crveni (pogon) = 4 zuba i motor primjenjuje brzinu vrtnje na svoje vratilo od 7 o / min.
• Plava = 8 zuba
• Zelena = 16 zuba

Ako želite izračunati zavoj u ovom sistemu, prvo morate izračunati brzinu plave boje:

4 7 = 8 z

z = 4 7/8

z = 3.5 o / min

Odnosno, plava os bi se okretala pri 3.5 o / min, nešto sporije od 4 o / min crvene. Ako ste željeli izračunati okretanje zelene boje, sada kada znate brzinu plave boje:

8 3.5 = 16 z

z = 8 3.5/16

z = 1.75

Kao što vidite, zelena bi se vrtjela na 1.75 o / min, što je sporije od plave i zelene. A što bi se dogodilo ako se motor nalazi na zelenoj osi, a pogonski točak rotira pri 4 o / min, tada bi rotacija bila 8 o / min za plavu, 16 o / min za crvenu.

Iz toga slijedi da se, kada je pogonski točak mali, postiže manja brzina na završnom vratilu, ali veća sila. U slučaju da veliki točak nosi vuču, mali točak postiže veću brzinu, ali manje sile. Jer tamo snage ili obrtnog momenta drugačije? Pogledajte ovu formulu:

P = T ω

Gdje je P snaga koju osovina prenosi u vatima (W), T je razvijeni obrtni moment (Nm), ω kutna brzina kojom se vratilo okreće (rad / i). Ako se snaga motora zadrži i brzina rotacije pomnoži ili smanji, tada se mijenja i T. Isto se događa ako se T održava konstantnom i brzina varira, tada se mijenja P.

Vjerovatno ćete htjeti izračunati i da li se os okreće za X okretaja u minuti, koliko bi napredovala linearno, odnosno linearna brzina. Na primjer, zamislite da u crvenom imate istosmjerni motor, a na zelenoj osi postavite kotač tako da motor putuje po površini. Koliko brzo bi išlo?

Da biste to učinili, morate samo izračunati opseg gume koju ste postavili. Da biste to učinili, pomnožite promjer s Pi i dobit ćete opseg. Znajući šta točak može napredovati sa svakim okretajem i uzimajući u obzir koliki se okreti svake minute, može se dobiti linearna brzina ...

Ovdje vam pokazujem video kako biste ovo mogli bolje razumjeti:

Proračuni puža i lančanika

Što se tiče pužni zupčanik i lančanik, može se izračunati formulom:

i = 1 / Z

To je tako jer se vijak u ovom sistemu smatra jednim zupčastim lančanikom koji je spiralno izrezan. Dakle, ako imate, na primjer, lančanik sa 60 zuba, on će biti 1/60 (to znači da bi se vijak morao okrenuti 60 puta da lančanik završi 1 zavoj). Osim toga, to je mehanizam koji nije reverzibilan poput ostalih, odnosno lančanik se ne može okretati tako da se puž okreće, ovdje samo puž može biti pogonsko vratilo.

Izračun zupčanika i zupčanika

Za sistem Rack and pinion, proračuni se ponovno mijenjaju, u ovom slučaju to su:

V = (p Z N) / 60

Odnosno, pomnožite korak zuba zupčanika (u metrima), brojem zuba zupčanika i brojem okretaja zupčanika (u RPM). I to se dijeli sa 60. Na primjer, zamislite da imate sistem sa zupčanikom od 30 zuba, korakom od 0.025 m i brzinom centrifuge od 40 o / min:

V = (0.025) / 30

V = 0.5 m / s

Odnosno, napredovao bi za pola metra svake sekunde. I, u ovom slučaju, da to je reverzibilnoOdnosno, ako se stalak pomiče uzdužno, zupčanik se može okretati.

Možete čak izračunati koliko bi vremena trebalo preći udaljenost uzimajući u obzir formulu za jednolično kretanje crte (v = d / t), odnosno ako je brzina jednaka udaljenosti podijeljenoj s vremenom, tada se vrijeme briše:

t = d / v

Stoga, već znajući na primjer brzinu i udaljenost koju želite izračunati, zamislite da želite izračunati koliko bi vremena trebalo za putovanje od 1 metra:

t = 1 / 0.5

t = 2 sekunde

Nadam se da sam vam pomogao da steknete barem najvažnija znanja o zupčanicima, kako biste razumjeli kako oni rade i kako ih možete koristiti u svoju korist u svojim budućim projektima.