Gear: alt hvad du behøver at vide om disse tandhjul

masse gear De findes i en lang række nuværende mekanismer, lige fra analoge ure til køretøjsmotorer, gearkasser, gennem robotter, printere og mange andre mekatroniske systemer. Takket være dem kan transmissionssystemer fremstilles og gå ud over transmitterende bevægelser, de kan også ændre det.

Derfor er de meget vigtige elementer, der du skal vide, hvordan de fungerer Korrekt. På den måde kan du bruge de rigtige gear til dine projekter og bedre forstå, hvordan de fungerer ...

Hvad er et gear?

Der er kædesystemer, remskiver, friktionshjul osv. Allesammen transmissionssystemer med dets fordele og ulemper. Men af ​​dem alle skiller gearsystemet sig ud, som normalt er favoritter for deres egenskaber:

• De kan modstå store kræfter på grund af deres tænder uden at glide, som det kan være tilfældet med friktionshjul eller remskiver.
• Det er et reversibelt system, der er i stand til at transmittere kraft eller bevægelse i begge retninger.
• De tillader meget præcis bevægelseskontrol, som det kan ses i stepmotorer, for eksempel.
• De gør det muligt at oprette kompakte transmissionssystemer foran kæderne eller remskiverne.
• Forskellige størrelser kan kombineres for at forstyrre rotation af hver akse. Når to tandhjul anvendes, kaldes det større gear generelt hjulet og det lille tandhjul.

Un gear eller tandhjul Det er intet andet end en type hjul med en række tænder udskåret på sin ydre eller indre kant, afhængigt af hvilken type udstyr det er. Disse kædehjul vil være i roterende bevægelse for at generere drejningsmoment på de aksler, som de er fastgjort til, og de kan grupperes sammen for at generere mere komplekse gearsystemer, der passer deres tænder sammen.

Det er åbenbart, for at det er muligt, tændernes type og størrelse skal matche. Ellers er de uforenelige og passer ikke. Disse parametre er dem, der diskuteres i det næste afsnit ...

Dele af et gear

For at to gear kan passe sammen, kan diameteren og antallet af tænder varieres, men de skal respektere en række faktorer, der er det, der gør gearet være kompatible med hinanden, såsom den type tand, de bruger, dimensionerne osv.

Som du kan se i det foregående billede, er der flere dele i et gear skal du vide:

• Septum eller arme: det er den del, der har ansvaret for at forbinde kronen og terningen for at transmittere bevægelsen. De kan være mere eller mindre tykke, og dens sammensætning og styrke afhænger stort set af styrke og vægt. Nogle gange er de normalt gennemboret for at reducere vægten, andre gange vælges en solid skillevæg.
• The Cube: det er den del, hvor transmissionsakslen er koblet, og som er fastgjort til skillevæggen.
• Corona: er det område af gearet, hvor tænderne er skåret. Det er det vigtigste, da gearets kompatibilitet, opførsel og ydeevne afhænger af det.
• Tand: det er en af ​​kronens tænder eller fremspring. Tanden kan opdeles i flere dele:
  • Cresta: er den ydre del eller spids af tanden.
  • Ansigt og flanke: er den øverste og nedre del af siden af ​​tanden, dvs. kontaktfladen mellem to tandhjul, der går i indgreb.
  • dal: det er den nedre del af tanden eller det mellemliggende område mellem to tænder, hvor toppen af ​​et andet tandhjul, som det passer ind i, vil blive anbragt.

Alt dette genererer en række krone geometrier der skelner mellem geartyper og egenskaber:

• Rød omkreds: markerer dalen eller bunden af ​​tænderne. Det vil sige, det afgrænser gearets indvendige diameter.
• Primitiv omkreds: fastlægger opdelingen mellem de to dele af tandsiden: ansigt og flanke. Det er en meget vigtig parameter, da alle de andre er defineret ud fra den. Det vil opdele tanden i to dele, dedendum og addendum.
  • Tandfod eller dedendum: det er det nederste område af tanden, der er mellem den oprindelige omkreds og rodomkredsen.
  • Tandhoved eller tillæg: det øverste område af tanden, der går fra den oprindelige omkreds og den ydre omkreds.
• Hovedets omkreds- vil markere tandkammen, det vil sige gearets ydre diameter.

Som du kan forestille dig, kan du, afhængigt af krone, diameter og typer af tænder variere gear ifølge:

• Antal tænder: det definerer gearforholdet og er en af ​​de mest afgørende parametre til at bestemme dets adfærd i et transmissionssystem.
• Tandhøjde: den samlede højde, fra dalen til højderyggen.
• Cirkulært trin: afstand mellem den ene del af tanden og den samme del af den næste tand. Det vil sige, hvor langt fra hinanden tænderne er, hvilket også er relateret til antallet.
• tykkelse: er gearets tykkelse.

Gear applikationer

den gear applikationer der er mange, som jeg allerede har kommenteret tidligere. Nogle af dens praktiske anvendelser er:

• Gearkasser til køretøjer.
• Trinmotorer til drejekontrol.
• Hydrauliske bomber.
• Motorer af enhver art, såsom drejning eller bevægelse af transmissionselementer.
• Differentielle mekanismer.
• Printere til at flytte hoveder eller ruller.
• Robotter til bevægelige dele.
• Industrielle maskiner.
• Analoge ure.
• Husholdningsapparater med mekaniske dele.
• Elektroniske enheder med bevægelige dele.
• Døre til åbning af motorer.
• Mobile legetøj.
• Landbrugsmaskiner.
• Luftfart.
• Energiproduktion (vind, termisk, ...).
• etc.

Du kan tænke på en lang række andre applikationer til dine projekter med Arduino, robotter osv. Du kan automatisere mange mekanismer og lege med hastigheder osv.

Typer af gear

I henhold til tænderne og selve gearets egenskaber har du det forskellige typer gear lige ved hånden, hver med sine fordele og ulemper, så det er vigtigt at vælge den rigtige til hver applikation.

masse mest almindelige typer lyd:

• Cylindrisk: bruges til parallelle akser.
  • Lige: de er de mest almindelige, bruges når et simpelt gear med ikke meget høje hastigheder er nødvendigt.
  • Spiralformet: de er en noget mere avanceret version af de foregående. I dem er tænderne arrangeret i parallelle spiralveje omkring en cylinder (enkelt eller dobbelt). De har en klar fordel i forhold til lige strækninger, såsom at være mere støjsvage, køre ved højere hastigheder, kan transmittere mere kraft og have en mere ensartet og sikker bevægelse.
• Konisk: de bruges til at transmittere bevægelse mellem akser placeret i forskellige vinkler, selv ved 90º.
  • Lige: de bruger lige tænder og deler egenskaber med de lige cylindriske.
  • Spiralformet: i dette tilfælde understøtter de højere hastigheder og kræfter, som det skete med spiralformede.
• Internt gear: i stedet for at have udskåret tænder eller krone på ydersiden, har de det på indersiden. De er ikke så almindelige, men de bruges også til visse applikationer.
• Planetarier: det er et sæt gear, der anvendes i visse transmissionssystemer, hvor der er et centralt gear, hvor andre mindre roterer. Derfor har det navnet, da de ser ud til at kredser.
• Uendelig skrue: det er et almindeligt redskab i nogle industrielle eller elektroniske mekanismer. Det bruger et gear, hvis tænder er skåret i en spiralform. De genererer en meget konstant hastighed og uden vibrationer eller støj. De kan overføre til et lige tandhjul, hvis akse er skråt til ormen.
• Rack og tandhjul: det er et sæt gear, der også er almindeligt i nogle mekanismer, og som gør det muligt at omdanne en rotationsbevægelse af en akse til en lineær bevægelse eller omvendt.

Hvis du deltager i Hans sammensætning, kan du også skelne mellem materialer som:

• MetallerDe er normalt lavet af forskellige typer stål, kobberlegeringer, aluminiumlegeringer, støbejern eller grå støbejern, magnesiumlegeringer osv.
• Plast: bruges i elektronik, legetøj osv. De er polykarbonat-, polyamid- eller PVC-gear, acetalharpikser, PEEK-polyetheretherketon, polytetrafluorethylen (PTFE) og flydende krystalpolymerer (LCP).
• Madera: de er ikke almindelige, kun i gamle mekanismer eller i visse legetøj.
• andre: det er sandsynligt, at der i meget specifikke tilfælde anvendes andre fibre eller specifikke materialer.

Hvor kan jeg købe gear?

Du find forskellige typer gear i mange mekaniske eller elektroniske butikker. Her er for eksempel nogle eksempler:

• Sæt i plastmotorgear. Med 64 forskellige typer.
• Ingen produkter fundet.
• Sæt med 16 forskellige metaldele, inklusive spiralformede dele.
• Gearkasse af plastspindel.

Disse produkter er små i størrelse. Hvis du har brug for større gear, er det sandsynligt, at du ikke finder dem så let. Også, hvis du har brug for noget meget specifikt, kan mange turner-workshops gør det til dig. den 3D-printere De hjælper også producenter med at skabe deres egne gear.

Grundlæggende beregninger for tandhjulsanlæg

Som du kan se i denne GIF, skal du forstå, at når to gear går i indgreb, begge akser roterer i den modsatte retning og ikke i samme forstand. Som du kan se, hvis du ser på den røde takkede rue, drejer den til højre, mens den blå drejer til venstre.

Af denne grund for en akse at rotere i samme retning det ville være nødvendigt at tilføje endnu et ekstra hjul, såsom det grønne. På den måde roterer rødt og grønt i samme retning. Dette skyldes, at når blåt drejes til venstre, når grønt blå-grønt aktiveres, vil grøn vende rotationsretningen igen og synkronisere med rød.

En anden ting, der kan værdsættes i den GIF er drejehastighed. Hvis alle gear havde samme diameter og antal tænder, ville alle aksler rotere med samme hastighed. På den anden side, når tandnummer / diameter ændres, ændres hastigheden også. Som du kan se i dette tilfælde, er rød den, der snurrer hurtigst, da den har en mindre diameter, mens blå drejer med medium hastighed, og grøn er den, der snurrer langsomst.

Som svar på dette det er muligt at tænke, at lege med størrelserne, hastighederne kan ændres. Du har ret, ligesom en cykel kan gøre det med gearene, eller gearkassen gør det med en bils udvekslingsforhold. Og ikke kun det, du kan også foretage beregninger af drejehastigheden.

Når du har to gear, en lille (tandhjul) og en anden stor (hjul), kunne følgende forekomme:

• Hvis vi forestiller os, at motoren eller trækkraften påføres tandhjulet, og hjulet drives, selvom tandhjulet roterer med høj hastighed og har et større hjul, vil det bremse det og fungere som et reductor. Kun hvis de var af samme størrelse (tandhjul = hjul), ville begge aksler rotere med samme hastighed.
• På den anden side, hvis vi forestiller os, at det er hjulet, der har trækkraft, og der anvendes en hastighed, selvom det er lavt, vil tandhjulet dreje hurtigere, da dets lille størrelse fungerer som multiplikator.

Gear transmission beregninger

Når du har forstået dette, kan du udføre beregningerne af et simpelt transmissionssystem mellem to gear ved at anvende formlen:

N1 Z1 = N2 Z2

Hvor Z er antallet af tænder i tandhjul 1 og 2, der er indgrebet, og N er akselens rotationshastighed i omdrejningstal (omdrejninger pr. Minut eller omdrejninger pr. Minut). Til ejemploForestil dig det i GIF ovenfor for at forenkle:

• Rød (drev) = 4 tænder, og motoren anvender en omdrejningshastighed på sin aksel på 7 omdr./min.
• Blå = 8 tænder
• Grøn = 16 tænder

Hvis du vil beregne drejningen i dette system, skal du først beregne hastigheden på det blå:

4 7 = 8 z

z = 4 7/8

z = 3.5 omdr./min

Det vil sige, den blå akse ville dreje ved 3.5 omdr./min., Noget langsommere end 4 omdr./min. For den røde. Hvis du ville beregne drejningen af ​​grønt, nu hvor du kender hastigheden på blå:

8 3.5 = 16 z

z = 8 3.5/16

z = 1.75

Som du kan se, ville grønt dreje ved 1.75 omdr./min., Hvilket er langsommere end blå og grønt. Og hvad ville der ske, hvis motoren er placeret på den grønne akse, og drivhjulet roterer ved 4 omdr./min, så vil rotationen være 8 o / min for blå, 16 o / min for rød.

Det følger således, at når drivhjulet er lille, opnås en lavere hastighed på den endelige aksel, men større kraft. I tilfælde af at det er det store hjul, der bærer trækkraften, opnår det lille hjul større hastighed, men mindre kraft. Fordi der kræfter eller drejningsmoment forskellige? Se på denne formel:

P = T ω

Hvor P er den kraft, der overføres af akslen i watt (W), er T det udviklede drejningsmoment (Nm), ω vinkelhastigheden, hvormed akslen roterer (rad / s). Hvis motorens effekt opretholdes, og rotationshastigheden multipliceres eller reduceres, ændres også T. Det samme sker, hvis T holdes konstant, og hastigheden varieres, ændres P.

Du vil sandsynligvis også beregne, om en akse roterer ved X RPM, hvor meget den vil bevæge sig lineært, det vil sige lineær hastighed. Forestil dig f.eks. At du i den røde har en jævnstrømsmotor og på den grønne akse har du placeret et hjul, så en motor kører på en overflade. Hvor hurtigt ville det gå?

For at gøre dette skal du bare beregne omkredsen af ​​det dæk, du har installeret. For at gøre dette skal du gange diameteren med Pi, og det giver dig omkredsen. Ved at vide, hvad hjulet kan komme videre med hver drejning og under hensyntagen til, hvad der drejer hvert minut, kan den lineære hastighed opnås ...

Her viser jeg dig en video, så du kan forstå dette på en bedre måde:

Beregninger for orm og tandhjul

Med hensyn til snekkegear og tandhjul, kan beregnes med formlen:

i = 1 / Z

Dette skyldes, at skruen i dette system betragtes som et enkelt tandhjul, der er skåret i spiralformet retning. Så hvis du f.eks. Har et tandhjul med 60 tænder, bliver det 1/60 (det betyder, at skruen bliver nødt til at dreje 60 gange for at tandhjulet skal gennemføre 1 omdrejning). Derudover er det en mekanisme, der ikke er reversibel som andre, det vil sige, at tandhjulet ikke kan drejes, så ormen roterer, kun ormen kan være drivakslen her.

Rack and pinion beregninger

Til systemet Tandstang, beregningerne ændres igen, i dette tilfælde er de:

V = (pZN)/60

Multiplicer tandhjulstændernes stigning (i meter) med antallet af tandhjulstænder og med antallet af tandhjulsdrejninger (i omdrejningstal). Og det er divideret med 60. Forestil dig for eksempel, at du har et system med et tandhjul på 30 tænder, en stigning på 0.025 m og en omdrejningshastighed på 40 omdr./min .:

V = (0.025) / 30

V = 0.5 m / s

Det vil sige, det ville gå en halv meter hvert sekund. Og i dette tilfælde ja det er reversibeltDet vil sige, at hvis stativet bevæges i længderetningen, kan tandhjulet bringes til at rotere.

Du kan endda beregne, hvor lang tid det vil tage at køre en afstand ved at overveje formlen for ensartet linjebevægelse (v = d / t), dvs. hvis hastigheden er lig med afstanden divideret med tid, ryddes tiden:

t = d / v

Derfor, allerede ved at kende den hastighed og afstand, du vil beregne, for eksempel, forestil dig, at du vil beregne, hvor lang tid det vil tage at køre 1 meter:

t = 1 / 0.5

t = 2 sekunder

Jeg håber, jeg har hjulpet dig med at få mindst den mest vigtige viden om gear, så du forstår, hvordan de fungerer, og hvordan du kan bruge dem til din fordel i dine fremtidige projekter.