Ozubená kola: vše, co potřebujete vědět o těchto řetězových kolech

L ozubená kola Jsou v mnoha současných mechanismech, od analogových hodin, přes motory vozidel, převodovky, přes roboty, tiskárny a mnoho dalších mechatronických systémů. Díky nim lze vytvořit přenosové systémy, které jdou nad rámec přenosu pohybu, mohou jej také měnit.

Proto jsou to velmi důležité prvky, které měli byste vědět, jak fungují Správně. Tímto způsobem můžete pro své projekty použít správné převody a lépe pochopit, jak fungují ...

Co je to zařízení?

Existují řetězové systémy, kladkové systémy, třecí kola atd. Všichni přenosové systémy s jeho výhodami a nevýhodami. Ale ze všech vyniká převodový systém, který je obvykle oblíbený pro své vlastnosti:

• Mohou odolávat velkým silám díky svým zubům, aniž by sklouzly, jak tomu může být u třecích kol nebo řemenic.
• Jedná se o reverzibilní systém schopný přenášet sílu nebo pohyb v obou směrech.
• Umožňují velmi přesné ovládání pohybu, jak je vidět na krokové motory, Například.
• Umožňují vytvářet kompaktní přenosové systémy před řetězy nebo řemenicemi.
• Lze kombinovat různé velikosti, které narušují otáčení každé osy. Obecně platí, že když se použijí dvě řetězová kola, větší převod se nazývá kolo a malý pastorek.

Un ozubené kolo nebo ozubené kolo není to nic jiného než typ kola s řadou zubů vyřezaných na jeho vnějším nebo vnitřním okraji, v závislosti na typu zařízení. Tato řetězová kola budou v rotačním pohybu, aby vytvářela točivý moment na hřídelích, ke kterým jsou připojena, a mohou být seskupena tak, aby vytvářela složitější převodové systémy, které zapadají do zubů.

Je zřejmé, že aby to bylo možné, typ a velikost zubů se musí shodovat. Jinak by byly nekompatibilní a nehodily by se. Tyto parametry jsou popsány v další části ...

Části zařízení

Aby dvě ozubená kola do sebe zapadala, mohl se měnit průměr a počet zubů, ale musí respektovat řadu faktorů, díky nimž je převodovka být navzájem kompatibilní, jako je typ zubu, který používají, rozměry atd.

Jak vidíte na předchozím obrázku, existují několik částí v zařízení, které byste měli vědět:

• Septum nebo paže: je to část, která má na starosti spojení korunky a krychle za účelem přenosu pohybu. Mohou být více či méně silné a jejich složení a síla bude do značné míry záviset na síle a hmotnosti. Někdy se pro snížení hmotnosti obvykle propíchnou, jindy se zvolí pevná přepážka.
• Kostka: je to část, kde je spojen hřídel přenosu pohybu a která je připevněna k přepážce.
• Koróna: je oblast ozubeného kola, kde byly řezány zuby. Je to nejdůležitější, protože na tom bude záviset kompatibilita, chování a výkon zařízení.
• Zub: je to jeden ze zubů nebo výčnělků koruny. Zub lze rozdělit na několik částí:
  • Hřeben: je vnější část nebo špička zubu.
  • Obličej a bok: je horní a dolní část boční strany zubu, tj. kontaktní plocha mezi dvěma ozubenými koly, která zapadají.
  • Údolí: je to spodní část zubu nebo mezilehlá oblast mezi dvěma zuby, kde bude umístěn hřeben dalšího ozubeného kola, se kterým je v záběru.

To vše vytváří řadu geometrie korun které rozlišují typy a vlastnosti ozubených kol:

• Obvod kořene: označuje údolí nebo spodní část zubů. To znamená, že vymezuje vnitřní průměr ozubeného kola.
• Primitivní obvod: stanoví rozdělení mezi dvěma částmi boční strany zubu: obličej a bok. Je to velmi důležitý parametr, protože na jeho základě jsou definovány všechny ostatní. Rozdělí zub na dvě části, dedendum a dodatek.
  • Zubní noha nebo dedendum: je to spodní oblast zubu, která je mezi původním obvodem a obvodem kořene.
  • Hlava zubu nebo dodatek: horní oblast zubu, která vychází z původního obvodu a z vnějšího obvodu.
• Obvod hlavy- označí vrchol zubů, tj. vnější průměr ozubeného kola.

Jak si dokážete představit, můžete to podle korunky, průměru a typů zubů měnit rychlostní stupeň podle:

• Počet zubů: bude definovat převodový poměr a je jedním z nejvíce určujících parametrů k určení jeho chování v převodovém systému.
• Výška zubů: celková výška, od údolí po hřeben.
• Kruhový krok: vzdálenost mezi jednou částí zubu a stejnou částí dalšího zubu. To znamená, jak daleko jsou zuby od sebe, což také souvisí s počtem.
• Espesor: je tloušťka ozubeného kola.

Aplikace zařízení

the aplikace ozubených kol existuje mnoho, jak jsem již uvedl dříve. Některé z jeho praktických aplikací jsou:

• Převodovky vozidel.
• Krokové motory pro řízení otáčení.
• Hydraulické bomby.
• Motory všeho druhu, například otočné nebo pohybové převodové prvky.
• Diferenciální mechanismy.
• Tiskárny pro pohyb hlav nebo válečků.
• Roboti pro pohyblivé části.
• Průmyslové stroje.
• Analogové hodiny.
• Domácí spotřebiče s mechanickými částmi.
• Elektronická zařízení s pohyblivými částmi.
• Motory otevírání dveří.
• Mobilní hračky.
• Zemědělské stroje.
• Letectví.
• Výroba energie (větrná, tepelná, ...).
• atd.

S Arduinem, roboty atd. Můžete pro své projekty vymyslet spoustu dalších aplikací. Můžete automatizovat mnoho mechanismů a hrát si s rychlostmi atd.

Druhy lovných zařízení

Podle jeho zubů a charakteristik samotného ozubeného kola máte různé typy převodů na dosah ruky, každá s výhodami i nevýhodami, proto je důležité vybrat pro každou aplikaci ten správný.

L nejběžnější typy Zvuk:

• Válcový: se používají pro paralelní osy.
  • Rovný: jsou nejběžnější, používají se, když je potřeba jednoduchý rychlostní stupeň s ne příliš vysokými rychlostmi.
  • Šroubovice: jsou poněkud pokročilejší verzí předchozích. V nich jsou zuby uspořádány v paralelních spirálových drahách kolem válce (jednoduchého nebo dvojitého). Mají jasnou výhodu oproti rovinkám, jako je tišší provoz, provoz při vyšších rychlostech, mohou přenášet více energie a rovnoměrnější a bezpečnější pohyb.
• Kuželovitý: slouží k přenosu pohybu mezi osami umístěnými v různých úhlech, dokonce i v úhlu 90 °.
  • Rovný: používají rovné zuby a sdílejí vlastnosti s rovnými válcovými.
  • Spirála: v tomto případě podporují vyšší rychlosti a síly, jaké se staly spirálovým.
• Vnitřní zařízení: místo toho, aby si zuby nebo korunku vyřezali zvenčí, mají ji zevnitř. Nejsou tak běžné, ale používají se také pro určité aplikace.
• Planetária: je to sada rychlostních stupňů používaných v určitých převodových systémech, kde je centrální ozubené kolo, kolem kterého se otáčejí další menší. Proto má toto jméno, protože se zdá, že obíhají.
• Nekonečný šroub: je to běžné zařízení v některých průmyslových nebo elektronických mechanismech. Používá ozubené kolo, jehož zuby jsou vyříznuty do tvaru spirály. Generují velmi konstantní rychlost a bez vibrací a hluku. Mohou přenášet na přímé ozubené kolo, jehož osa je šikmo k nekonečnému šroubu.
• Hřeben a pastorek: je to sada ozubených kol, která je také běžná v některých mechanismech a která umožňuje transformovat rotační pohyb osy na lineární pohyb nebo naopak.

Pokud se věnujete Jeho složení, můžete také rozlišovat mezi materiály, jako jsou:

• KovyObvykle jsou vyrobeny z různých druhů oceli, slitin mědi, slitin hliníku, litiny nebo šedé litiny, slitin hořčíku atd.
• Plasty: používají se v elektronice, hračkách atd. Jsou to polykarbonátové, polyamidové nebo PVC převody, acetalové pryskyřice, PEEK polyetheretherketon, polytetrafluorethylen (PTFE) a polymery tekutých krystalů (LCP).
• Dřevo: nejsou běžné, pouze ve starých mechanismech nebo v určitých hračkách.
• ostatní: je pravděpodobné, že ve velmi specifických případech jsou použita jiná vlákna nebo specifické materiály.

Kde koupit převody?

Vy najít různé typy převodů v mnoha obchodech s mechaniky nebo elektronikou. Zde je několik příkladů:

• Plastová souprava motoru. Se 64 různými typy.
• Nebyly nalezeny žádné produkty.
• Sada 16 různých kovových dílů, včetně šroubovic.
• Plastová vřetenová souprava.

Tyto výrobky jsou malé velikosti, pokud potřebujete větší převody, pravděpodobně je tak snadno nenajdete. Také, pokud potřebujete něco velmi konkrétního, může to mnoho obracečských dílen udělej to pro tebe, Tiskárny 3D také pomáhají tvůrcům vytvářet vlastní převody.

Základní výpočty řetězových systémů

Jak můžete vidět v tomto GIF, musíte pochopit, že když se spojí dvě ozubená kola, obě osy se bude otáčet v opačném směru a ne ve stejném smyslu. Jak vidíte, pokud se podíváte na červenou zubatou rue, odbočuje doprava, zatímco modrá se otáčí doleva.

Z tohoto důvodu, aby se osa otáčela stejným směrem bylo by nutné přidat další přídavné kolo, například zelené. Tímto způsobem se červená a zelená otáčí stejným směrem. Důvodem je to, že když se modrá otáčí doleva, při zapojení modrozelené, zelená opět obrátí směr otáčení a synchronizuje se s červenou.

Další věc, kterou lze v tomto GIF ocenit, je rychlost otáčení. Pokud by všechna ozubená kola měla stejný průměr a stejný počet zubů, všechny hřídele by se otáčely stejnou rychlostí. Na druhou stranu, když se změní počet / průměr zubu, změní se také rychlost. Jak vidíte v tomto případě, červená se otáčí nejrychleji, protože má menší průměr, zatímco modrá se otáčí střední rychlostí a zelená se otáčí nejpomaleji.

V reakci na to je možné si myslet, že hraní s velikostmi rychlostí lze změnit. Máte pravdu, stejně jako to dokáže jízdní kolo s řadicí pákou nebo převodovka s převodovými poměry automobilu. A nejen to, můžete také provádět výpočty rychlosti otáčení.

Když máte dvě ozubená kola v záběru, jedno malý (pastorek) a další velký (kolo), může dojít k následujícímu:

• Pokud si představíme, že motor nebo trakce působí na pastorek a kolo je poháněno, přestože se pastorek otáčí vysokou rychlostí a má větší kolo, zpomalí jej a bude působit jako reduktor. Pouze pokud by byly stejné velikosti (pastorek = kolo), obě nápravy by se otáčely stejnou rychlostí.
• Na druhou stranu, pokud si představíme, že je to kolo, které má trakci a je použita rychlost, i když je nízká, pastorek se bude otáčet rychleji, protože jeho malá velikost působí jako násobitel.

Výpočty převodových stupňů

Jakmile to pochopíte, můžete provést výpočty jednoduchého přenosového systému mezi dvěma rychlostmi pomocí vzorec:

N1 Z1 = N2 Z2

Kde Z je počet zubů ozubených kol 1 a 2, které jsou v záběru, a N je rychlost otáčení hřídelí v RPM (otáčky za minutu nebo otáčky za minutu). Pro ejemploPředstavte si, že ve výše uvedeném GIF zjednodušíte:

• Červená (pohon) = 4 zuby a motor aplikuje na svůj hřídel rychlost otáčení 7 RPM.
• Modrá = 8 zubů
• Zelená = 16 zubů

Pokud chcete v tomto systému vypočítat zatáčku, musíte nejprve vypočítat rychlost modré:

4 7 = 8 z

z = 4 7/8

z = 3.5 RPM

To znamená, že modrá osa by se otáčela rychlostí 3.5 ot / min, což je poněkud pomalejší než 4 ot / min červené. Pokud jste chtěli vypočítat odbočku zelené, nyní, když znáte rychlost modré:

8 3.5 = 16 z

z = 8 3.5/16

z = 1.75

Jak vidíte, zelená by se točila rychlostí 1.75 RPM, což je pomaleji než modrá a zelená. A co by se stalo, kdyby se motor nacházel na zelené ose a hnací kolo by se točilo rychlostí 4 RPM, pak by rotace byla 8 RPM pro modrou, 16 RPM pro červenou.

Z toho tedy vyplývá, že když je hnací kolo malé, je na koncovém hřídeli dosaženo nižší rychlosti, ale větší síly. V případě, že trakci nese velké kolo, dosahuje malé kolo větší rychlosti, ale menší síly. Protože tam síly nebo točivý moment odlišný? Podívejte se na tento vzorec:

P = T ω

Kde P je výkon přenášený hřídelem ve wattech (W), T je vyvinutý točivý moment (Nm), ω úhlová rychlost, při které se hřídel otáčí (rad / s). Pokud je udržován výkon motoru a rychlost otáčení se znásobí nebo sníží, změní se také T. Stejné se stane, když se T udržuje konstantní a rychlost se mění, pak se změní P.

Pravděpodobně budete také chtít vypočítat, zda se osa otáčí rychlostí X RPM, o kolik by se lineárně posunula, tj. lineární rychlost. Představte si například, že v červené máte stejnosměrný motor a v zelené ose jste umístili kolo tak, aby motor jedl po povrchu. Jak rychle by to šlo?

K tomu musíte vypočítat obvod pneumatiky, kterou jste nainstalovali. Chcete-li to provést, vynásobte průměr Pi a dá vám obvod. Víme, co může kolo pokročit s každou zatáčkou a vezmeme v úvahu, co se každou minutu otáčí, lze získat lineární rychlost ...

Zde vám ukážu video, abyste tomu lépe porozuměli:

Výpočty šnekových převodů a řetězových kol

Týkající se šnekové kolo a řetězové kolo, lze vypočítat podle vzorce:

i = 1 / Z

Je to tak proto, že šroub je v tomto systému považován za ozubené kolo s jedním zubem, které bylo spirálovitě řezáno. Takže pokud máte například ozubené kolo o průměru 60 zubů, bude to 1/60 (to znamená, že šroub by se musel otočit 60krát, aby řetězové kolo dokončilo 1 otáčku). Kromě toho se jedná o mechanismus, který není reverzibilní jako ostatní, to znamená, že řetězové kolo nelze otáčet tak, aby se červ otáčel, hnací hřídel zde může být pouze červ.

Výpočty ozubnice a pastorku

Pro systém Hřeben, výpočty se znovu mění, v tomto případě jsou:

V = (p Z N) / 60

To znamená, vynásobte rozteč zubů pastorku (v metrech), počtem zubů pastorku a počtem otáček pastorku (v otáčkách za minutu). A to je děleno 60. Představte si například, že máte systém s pastorkem 30 zubů, roztečí 0.025 ma rychlostí otáčení 40 RPM:

V = (0.025) / 30

V = 0.5 m / s

To znamená, že by postupoval o půl metru každou sekundu. A v tomto případě ano je to reverzibilníTo znamená, že pokud se hřeben pohybuje v podélném směru, lze pastorek nechat otáčet.

Dalo by se dokonce vypočítat, jak dlouho by trvalo ujet vzdálenost ujetím vzorce pro rovnoměrný pohyb čáry (v = d / t), tj. pokud se rychlost rovná vzdálenosti dělené časem, čas se vymaže:

t = d / v

Proto, když už znáte rychlost a vzdálenost, které chcete vypočítat, například si představte, že chcete vypočítat, jak dlouho by trvalo ujet 1 metr:

t = 1 / 0.5

t = 2 sekundy

Doufám, že jsem vám pomohl získat alespoň ty nejdůležitější znalosti o rychlostních stupních, abyste pochopili, jak fungují a jak je můžete využít ve svůj prospěch ve svých budoucích projektech.