Gerau: popeth sydd angen i chi ei wybod am y sbrocedi hyn

Y gerau Maent mewn llu o fecanweithiau cyfredol, o glociau analog, i beiriannau cerbydau, blychau gêr, trwy robotiaid, argraffwyr, a llawer o systemau mecatroneg eraill. Diolch iddynt, gellir gwneud systemau trosglwyddo a mynd y tu hwnt i drosglwyddo symudiad, gallant hefyd ei newid.

Felly, maent yn elfennau pwysig iawn sydd dylech chi wybod sut maen nhw'n gweithio Yn gywir. Trwy hynny, gallwch chi ddefnyddio'r gerau cywir ar gyfer eich prosiectau a deall yn well sut maen nhw'n gweithredu ...

Mynegai

1 Beth yw gêr?
2 Ble i brynu gerau?
3 Cyfrifiadau sylfaenol ar gyfer systemau sprocket

Beth yw gêr?

Mae systemau cadwyn, systemau pwli, olwynion ffrithiant, ac ati. Pob un ohonynt systemau trosglwyddo gyda'i fanteision a'i anfanteision. Ond o bob un ohonynt, mae'r system gêr yn sefyll allan, sydd fel arfer yn ffefrynnau ar gyfer eu priodweddau:

Gallant wrthsefyll grymoedd mawr oherwydd eu dannedd heb lithro, fel sy'n wir gydag olwynion ffrithiant neu bwlïau.
Mae'n system gildroadwy, sy'n gallu trosglwyddo pŵer neu symud i'r ddau gyfeiriad.
Maent yn caniatáu rheolaeth symud fanwl iawn, fel y gwelir yn y moduron stepiwr, Er enghraifft.
Maent yn caniatáu i greu systemau trosglwyddo cryno o flaen y cadwyni neu'r pwlïau.
Gellir cyfuno gwahanol feintiau i ymyrryd â chylchdroi pob echel. Yn gyffredinol, pan ddefnyddir dau sbroced, gelwir y gêr fwyaf yn olwyn a'r piniwn bach.

Un gêr neu cogwheel Nid yw'n ddim mwy na math o olwyn gyda chyfres o ddannedd wedi'u cerfio ar ei ymyl allanol neu fewnol, yn dibynnu ar y math o gêr ydyw. Bydd y sbrocedi hyn yn symud yn eu tro i gynhyrchu trorym ar y siafftiau y maent ynghlwm wrthynt, a gellir eu grwpio gyda'i gilydd i gynhyrchu systemau gêr mwy cymhleth, gan ffitio'u dannedd gyda'i gilydd.

Yn amlwg, i hynny fod yn bosibl, math a maint y dannedd rhaid cyfateb. Fel arall, byddant yn anghydnaws ac ni fyddent yn ffitio. Y paramedrau hyn yw'r rhai a drafodir yn yr adran nesaf ...

Rhannau o gêr

Er mwyn i ddau gerau ffitio gyda'i gilydd, gellid amrywio diamedr a nifer y dannedd, ond rhaid iddynt barchu cyfres o ffactorau sef yr hyn sy'n gwneud y gêr bod yn gydnaws â'i gilydd, fel y math o ddant maen nhw'n ei ddefnyddio, y dimensiynau, ac ati.

Fel y gwelwch yn y ddelwedd flaenorol, mae yna sawl rhan mewn gêr dylech wybod:

Septwm neu freichiau: dyma'r rhan sy'n gyfrifol am ymuno â'r goron a'r ciwb er mwyn trosglwyddo'r symudiad. Gallant fod yn fwy neu'n llai trwchus, a bydd ei gyfansoddiad a'i gryfder yn dibynnu i raddau helaeth ar gryfder a phwysau. Weithiau cânt eu tyllu fel arfer i leihau pwysau, weithiau dewisir rhaniad solet.
Cube: dyma'r rhan lle mae'r siafft trosglwyddo symudiad ynghlwm ac sydd ynghlwm wrth y rhaniad.
Corona: yw arwynebedd y gêr lle mae'r dannedd wedi'u torri. Dyma'r pwysicaf, gan y bydd cydnawsedd, ymddygiad a pherfformiad y gêr yn dibynnu arno.
Dannedd: mae'n un o ddannedd neu allwthiadau'r goron. Gellir rhannu'r dant yn sawl rhan:
- Crest: yw rhan neu domen allanol y dant.
- Wyneb ac ystlys: yw rhan uchaf ac isaf ochr y dant, hynny yw, yr arwyneb cyswllt rhwng dwy olwyn gêr sy'n rhwyllo.
- Y Fali: dyma ran isaf y dant neu'r ardal ganolraddol rhwng dau ddant, lle bydd crib olwyn danheddog arall y mae'n rhwylio â hi.

Mae hyn i gyd yn cynhyrchu cyfres o geometregau'r goron a fydd yn gwahaniaethu mathau a phriodweddau gerau:

Cylchedd gwreiddiau: yn nodi dyffryn neu waelod y dannedd. Hynny yw, mae'n amffinio diamedr y tu mewn i'r gêr.
Cylchedd cyntefig: yn sefydlu'r rhaniad rhwng dwy ran ochr y dant: wyneb ac ystlys. Mae'n baramedr pwysig iawn, gan fod y lleill i gyd wedi'u diffinio yn seiliedig arno. Bydd yn rhannu'r dant yn ddwy ran, y dedendwm a'r adendwm.
- Troed dannedd neu dedendwm: ardal isaf y dant sydd rhwng y cylchedd gwreiddiol a chylchedd y gwreiddiau.
- Pen dannedd neu atodiad: ardal uchaf y dant, sy'n mynd o'r cylchedd gwreiddiol a'r cylchedd allanol.
Cylchedd y pen- bydd yn nodi crib y dannedd, hynny yw, diamedr allanol y gêr.

Fel y gallwch ddychmygu, yn dibynnu ar y goron, y diamedr a'r mathau o ddannedd, gallwch chi amrywio gêr yn ôl:

Nifer y dannedd: bydd yn diffinio'r gymhareb gêr ac yn un o'r paramedrau mwyaf penderfynol i bennu ei ymddygiad mewn system drosglwyddo.
Uchder y dannedd: cyfanswm yr uchder, o'r dyffryn i'r grib.
Cam cylchol: pellter rhwng un rhan o'r dant a'r un rhan o'r dant nesaf. Hynny yw, pa mor bell oddi wrth ei gilydd yw'r dannedd, sydd hefyd yn gysylltiedig â'r nifer.
Trwch: yw trwch y gêr.

Ceisiadau Gêr

y cymwysiadau gêr mae yna lawer, fel y dywedais eisoes o'r blaen. Dyma rai o'i gymwysiadau ymarferol:

Blychau gêr cerbydau.
Moduron stepiwr ar gyfer rheoli troi.
Bomiau hydrolig.
Peiriannau o bob math, fel elfennau trosglwyddo troi neu symud.
Mecanweithiau gwahaniaethol.
Argraffwyr i symud y pennau neu'r rholeri.
Robotiaid ar gyfer symud rhannau.
Peiriannau diwydiannol.
Clociau analog.
Offer cartref gyda rhannau mecanyddol.
Dyfeisiau electronig gyda rhannau symudol.
Moduron agor drws.
Teganau symudol.
Peiriannau fferm.
Awyrenneg.
Cynhyrchu ynni (gwynt, thermol, ...).
ac ati

Gallwch chi feddwl am lu o gymwysiadau eraill ar gyfer eich prosiectau gydag Arduino, robotiaid, ac ati. Gallwch awtomeiddio llawer o fecanweithiau a chwarae gyda chyflymder, ac ati.

Mathau o gerau

Yn ôl ei ddannedd a nodweddion y gêr ei hun, mae gennych chi gwahanol fathau o gerau ar flaenau eich bysedd, pob un â'i fanteision a'i anfanteision, felly mae'n bwysig dewis yr un iawn ar gyfer pob cais.

Y y mathau mwyaf cyffredin sain:

Silindrog: yn cael eu defnyddio ar gyfer bwyeill cyfochrog.
- Syth: nhw yw'r rhai mwyaf cyffredin, a ddefnyddir pan fydd angen gêr syml heb gyflymder uchel iawn.
- Helical: maent yn fersiwn ychydig yn fwy datblygedig o'r rhai blaenorol. Ynddyn nhw mae'r dannedd wedi'u trefnu mewn llwybrau helics cyfochrog o amgylch silindr (sengl neu ddwbl). Mae ganddyn nhw fantais amlwg dros linellau syth, fel bod yn dawelach, gweithredu ar gyflymder uwch, gallant drosglwyddo mwy o bŵer, a chael symudiad mwy unffurf a diogel.
Conigol: fe'u defnyddir i drosglwyddo symudiad rhwng bwyeill a osodir ar wahanol onglau, hyd yn oed ar 90º.
- Syth: maent yn defnyddio dannedd syth ac yn rhannu nodweddion gyda'r rhai silindrog syth.
- Troellog: yn yr achos hwn, maent yn cefnogi cyflymderau a grymoedd uwch, fel y digwyddodd i helicals.
Gêr mewnol: yn lle bod y dannedd neu'r goron wedi'u cerfio ar y tu allan, mae ganddyn nhw ar y tu mewn. Nid ydynt mor gyffredin, ond fe'u defnyddir hefyd ar gyfer rhai cymwysiadau.
Planetariwmau: mae'n set o gerau a ddefnyddir mewn rhai systemau trosglwyddo lle mae gêr canolog y mae rhai llai eraill yn cylchdroi o'i gwmpas. Dyna pam mae ganddo'r enw hwnnw, gan eu bod yn ymddangos yn cylchdroi.
Sgriw diddiwedd: mae'n gêr cyffredin mewn rhai mecanweithiau diwydiannol neu electronig. Mae'n defnyddio gêr y mae ei ddannedd wedi'u torri i siâp troellog. Maent yn cynhyrchu cyflymder cyson iawn a heb ddirgryniadau na sŵn. Gallant drosglwyddo i olwyn danheddog syth y mae ei hechel yn hirsgwar i'r sgriw diddiwedd.
Rack a pinion: mae'n set o gerau sydd hefyd yn gyffredin mewn rhai mecanweithiau ac sy'n caniatáu trawsnewid symudiad cylchdro echel yn fudiad llinol neu i'r gwrthwyneb.

Os ydych chi'n mynychu Ei gyfansoddiad, gallwch hefyd wahaniaethu rhwng deunyddiau fel:

Metelau: maent fel arfer yn cael eu gwneud o wahanol fathau o ddur, aloion copr, aloion alwminiwm, haearn bwrw neu haearn bwrw llwyd, aloion magnesiwm, ac ati.
Plastics: fe'u defnyddir mewn electroneg, teganau, ac ati. Maent yn gerau polycarbonad, polyamid neu PVC, resinau asetal, polyetheretherketone PEEK, polytetrafluoroethylene (PTFE), a pholymerau crisial hylifol (LCP).
Madera: nid ydynt yn gyffredin, dim ond mewn hen fecanweithiau neu mewn rhai teganau.
eraill: mae'n debygol y defnyddir ffibrau neu ddeunyddiau penodol eraill mewn achosion penodol iawn.

Ble i brynu gerau?

Byddwch yn dod o hyd i wahanol fathau o gerau mewn llawer o siopau mecanyddol neu electroneg. Er enghraifft, dyma rai enghreifftiau:

Mae'r cynhyrchion hyn yn fach o ran maint, os oes angen gerau mwy arnoch mae'n debyg na fyddwch yn dod o hyd iddynt mor hawdd. Hefyd, os oes angen rhywbeth penodol iawn arnoch chi, gall llawer o weithdai troi ei wneud i chi. Y Argraffwyr 3D maent hefyd yn helpu gwneuthurwyr i greu eu gerau eu hunain.

Cyfrifiadau sylfaenol ar gyfer systemau sprocket

Fel y gallwch weld yn y GIF hwn, mae'n rhaid i chi ddeall pan fydd dau gerau yn rhwyllo, y ddwy echel yn cylchdroi i'r cyfeiriad arall ac nid yn yr un ystyr. Fel y gallwch weld, os edrychwch ar y rue goch, mae'n troi i'r dde, tra bod yr un glas yn troi i'r chwith.

Felly, i echel gylchdroi i'r un cyfeiriad byddai angen ychwanegu olwyn ychwanegol arall, fel yr un werdd. Y ffordd honno, mae coch a gwyrdd yn cylchdroi i'r un cyfeiriad. Mae hyn oherwydd, wrth i las gylchdroi i'r chwith, wrth ymgysylltu â gwyrddlas, bydd gwyrdd yn gwrthdroi cyfeiriad y cylchdro eto, gan gydamseru â choch.

Peth arall y gellir ei werthfawrogi yn y GIF hwnnw yw cyflymder troi. Pe bai gan yr holl gerau yr un diamedr a nifer y dannedd, byddai'r holl siafftiau'n cylchdroi ar yr un cyflymder. Ar y llaw arall, pan fydd rhif / diamedr y dant yn cael ei newid, mae'r cyflymder hefyd yn cael ei newid. Fel y gallwch weld yn yr achos hwn, coch yw'r un sy'n troelli'r cyflymaf, gan fod ganddo ddiamedr llai, tra bod glas yn troelli ar gyflymder canolig a gwyrdd yw'r un sy'n troelli'r arafaf.

Mewn ymateb i hyn, mae'n bosibl meddwl y gellir newid y cyflymderau wrth chwarae gyda'r meintiau. Rydych chi'n gywir, yn union fel y gall beic ei wneud gyda'r gerau neu mae'r blwch gêr yn ei wneud â chymarebau gêr car. Ac nid yn unig hynny, gallwch hefyd wneud cyfrifiadau ar y cyflymder troi.

Pan fydd gennych ddau gerau wedi'u rhwyllo, un bach (pinion) ac un mawr arall (olwyn), gallai'r canlynol ddigwydd:

Os ydym yn dychmygu bod y modur neu'r tyniant yn cael ei gymhwyso i'r piniwn a bod yr olwyn yn cael ei yrru, er bod y piniwn yn cylchdroi ar gyflymder uchel, gan gael olwyn fwy, bydd yn ei arafu, gan weithredu fel a lleihäwr. Dim ond pe byddent yr un maint (piniwn = olwyn) y byddai'r ddwy echel yn cylchdroi ar yr un cyflymder.
Ar y llaw arall, os ydym yn dychmygu mai'r olwyn sydd â'r tyniant a bod cyflymder yn cael ei gymhwyso iddi, hyd yn oed os yw'n isel, bydd y piniwn yn troi'n gyflymach, gan fod ei maint bach yn gweithredu fel lluosydd.

Cyfrifiadau trosglwyddo gêr

Ar ôl i chi ddeall hyn, gallwch chi wneud cyfrifiadau system drosglwyddo syml rhwng dau gerau trwy wneud cais y fformiwla:

N1 Z1 = N2 Z2

Lle Z yw nifer y dannedd o gerau 1 a 2 sy'n cael eu rhwyllo a N yw cyflymder cylchdroi'r siafftiau yn RPM (chwyldroadau y funud neu chwyldroadau y funud). Ar gyfer ejemplo, dychmygwch hynny yn y GIF uchod, i symleiddio:

Coch (gyriant) = 4 dant ac mae'r modur yn cymhwyso cyflymder cylchdroi i'w siafft o 7 RPM.
Glas = 8 dant
Gwyrdd = 16 dant

Os ydych chi am gyfrifo'r tro yn y system hon, yn gyntaf rhaid i chi gyfrifo cyflymder y glas:

4 7 = 8 z

z = 4 7/8

z = 3.5RPM

Hynny yw, byddai'r siafft las yn troi ar 3.5 RPM, ychydig yn arafach na 4 RPM yr un coch. Os oeddech chi eisiau cyfrifo troad gwyrdd, nawr eich bod chi'n gwybod cyflymder glas:

8 3.5 = 16 z

z = 8 3.5/16

z = 1.75

Fel y gallwch weld, byddai gwyrdd yn troelli ar 1.75 RPM, sy'n arafach na glas a gwyrdd. A beth fyddai'n digwydd pe bai'r modur wedi'i leoli ar yr echel werdd a'r olwyn yrru yn cylchdroi ar 4 RPM, yna byddai'r cylchdro yn 8 RPM ar gyfer glas, 16 RPM ar gyfer coch.

Mae'n dilyn felly, pan fydd yr olwyn yrru yn fach, bod cyflymder is yn cael ei gyflawni ar y siafft olaf, ond yn fwy o rym. Os mai hi yw'r olwyn fawr sy'n cario'r tyniant, mae'r olwyn fach yn cyflawni mwy o gyflymder, ond llai o rym. Oherwydd bod yna pwerau neu dorque gwahanol? Edrychwch ar y fformiwla hon:

P = T ω

Lle mai P yw'r pŵer a drosglwyddir gan y siafft mewn watiau (W), T yw'r torque datblygedig (Nm), ω y cyflymder onglog y mae'r siafft yn cylchdroi (rad / s). Os yw pŵer y modur yn cael ei gynnal a bod cyflymder y cylchdro yn cael ei luosi neu ei leihau, yna mae T. hefyd yn cael ei newid. Mae'r un peth yn digwydd os yw T yn cael ei gadw'n gyson a'r cyflymder yn amrywiol, yna mae P yn cael ei newid.

Mae'n debyg eich bod hefyd eisiau cyfrifo a yw echel yn cylchdroi yn X RPM, faint y byddai'n symud ymlaen yn llinol, hynny yw cyflymder llinol. Er enghraifft, dychmygwch fod modur DC yn yr un coch ac ar yr echel werdd rydych chi wedi gosod olwyn fel bod modur yn teithio ar wyneb. Pa mor gyflym y byddai'n mynd?

I wneud hyn, mae'n rhaid i chi gyfrifo cylchedd y teiar rydych chi wedi'i osod. I wneud hyn, lluoswch y diamedr â Pi a bydd yn rhoi'r cylchedd i chi. Gan wybod beth all yr olwyn symud ymlaen gyda phob tro a chymryd i ystyriaeth yr hyn sy'n troi bob munud, gellir sicrhau'r cyflymder llinellol ...

Dyma fi'n dangos fideo i chi er mwyn i chi allu deall hyn mewn ffordd well:

Cyfrifiadau ar gyfer gêr llyngyr a sprocket

O ran gêr llyngyr a sprocket, gellir ei gyfrifo gyda'r fformiwla:

i = 1 / Z.

Mae hyn oherwydd bod y sgriw yn cael ei ystyried yn y system hon fel sbroced dannedd sengl sydd wedi'i thorri'n helic. Felly os oes gennych sprocket 60 dant, er enghraifft, yna bydd yn 1/60 (mae hyn yn golygu y byddai'n rhaid i'r sgriw droi 60 gwaith er mwyn i'r sbroced gwblhau 1 tro). Yn ogystal, mae'n fecanwaith nad yw'n gildroadwy fel eraill, hynny yw, ni ellir cylchdroi'r sbroced fel bod y abwydyn yn cylchdroi, dim ond y abwydyn all fod yn siafft yrru yma.

Cyfrifiadau rac a phiniwn

Ar gyfer y system Rack a pinion, mae'r cyfrifiadau'n newid eto, yn yr achos hwn maen nhw:

V = (p Z N) / 60

Hynny yw, lluoswch draw'r dannedd pinion (mewn metrau), â nifer y dannedd pinion, ac â nifer y troadau pinion (yn RPM). Ac mae hynny wedi'i rannu â 60. Er enghraifft, dychmygwch fod gennych system gyda phiniwn 30 dant, traw 0.025m, a chyflymder troelli 40 RPM:

V = (0.025) / 30

V = 0.5 m / s

Hynny yw, byddai'n symud hanner metr bob eiliad. Ac, yn yr achos hwn, ydy mae'n gildroadwyHynny yw, os yw'r rac yn cael ei symud yn hydredol, gellir gwneud i'r piniwn gylchdroi.

Gallech hyd yn oed gyfrifo pa mor hir y byddai'n ei gymryd i deithio pellter trwy ystyried y fformiwla ar gyfer symudiad llinell unffurf (v = d / t), hynny yw, os yw'r cyflymder yn hafal i'r pellter wedi'i rannu ag amser, yna clirir amser:

t = d / v

Felly, gan wybod eisoes y cyflymder a'r pellter rydych chi am ei gyfrifo, er enghraifft, dychmygwch eich bod chi eisiau cyfrifo pa mor hir y byddai'n ei gymryd i deithio 1 metr:

t = 1 / 0.5

t = 2 eiliad

Rwy'n gobeithio fy mod i wedi eich helpu chi i ennill o leiaf y wybodaeth fwyaf hanfodol am gerau, fel eich bod chi'n deall sut maen nhw'n gweithio a sut y gallwch chi eu defnyddio er mantais i chi yn eich prosiectau yn y dyfodol.

caledweddbunnoedd