Zahnräder: Alles, was Sie über diese Kettenräder wissen müssen

Die Gang Sie sind in einer Vielzahl aktueller Mechanismen enthalten, von analogen Uhren über Fahrzeugmotoren, Getriebe bis hin zu Robotern, Druckern und vielen anderen mechatronischen Systemen. Dank ihnen können Übertragungssysteme hergestellt werden und über die Übertragung von Bewegung hinausgehen, sie können sie auch ändern.

Daher sind sie sehr wichtige Elemente, die du solltest wissen wie sie funktionieren Korrekt. So können Sie die richtigen Zahnräder für Ihre Projekte einsetzen und besser verstehen, wie sie funktionieren ...

Was ist ein Zahnrad?

Es gibt Kettensysteme, Rollensysteme, Reibräder usw. Alle von ihnen Übertragungssysteme mit seinen Vor- und Nachteilen. Aber von allen sticht das Getriebe hervor, das normalerweise aufgrund seiner Eigenschaften beliebt ist:

• Sie halten durch ihre Verzahnung großen Kräften stand, ohne zu verrutschen, wie dies bei Reibrädern oder Riemenscheiben der Fall ist.
• Es ist ein reversibles System, das Kraft oder Bewegung in beide Richtungen übertragen kann.
• Sie ermöglichen eine sehr genaue Bewegungssteuerung, wie in der Schrittmotoren, Por ejemplo.
• Sie ermöglichen kompakte Übertragungssysteme gegen Ketten oder Riemenscheiben.
• Verschiedene Größen können kombiniert werden, um die Drehung jeder Achse zu beeinträchtigen. Im Allgemeinen wird bei Verwendung von zwei Kettenrädern das größere Zahnrad als Rad und als kleines Ritzel bezeichnet.

Un Zahnrad oder Zahnrad Es ist nichts anderes als eine Art Rad mit einer Reihe von Zähnen, die je nach Art des Zahnrads an der Außen- oder Innenkante eingeritzt sind. Diese Kettenräder befinden sich in Drehbewegung, um ein Drehmoment auf die Wellen zu erzeugen, an denen sie befestigt sind, und sie können gruppiert werden, um komplexere Getriebesysteme zu erzeugen, indem ihre Zähne zusammenpassen.

Damit das möglich ist, muss natürlich die Art und Größe der Zähne muss passen. Andernfalls sind sie inkompatibel und würden nicht passen. Diese Parameter werden im nächsten Abschnitt besprochen ...

Teile eines Getriebes

Damit zwei Zahnräder zusammenpassen, können Durchmesser und Zähnezahl variiert werden, aber sie müssen eine Reihe von Faktoren berücksichtigen, die das Zahnrad ausmachen miteinander kompatibel sein, wie die Art des verwendeten Zahns, die Abmessungen usw.

Wie Sie im vorherigen Bild sehen können, gibt es Verschiedene Teile in einem gang solltest du wissen:

• Septum oder Arme: Es ist der Teil, der für die Verbindung der Krone und des Würfels verantwortlich ist, um die Bewegung zu übertragen. Sie können mehr oder weniger dick sein, und ihre Zusammensetzung und Festigkeit hängen weitgehend von Festigkeit und Gewicht ab. Manchmal werden sie normalerweise durchbohrt, um das Gewicht zu reduzieren, manchmal wird eine feste Trennwand gewählt.
• Würfel: Dies ist der Teil, an dem die Bewegungsübertragungswelle befestigt ist und der an der Trennwand befestigt ist.
• Zahnrad: ist der Bereich des Zahnrads, in dem die Zähne geschnitten wurden. Dies ist das wichtigste, da die Kompatibilität, das Verhalten und die Leistung der Ausrüstung davon abhängen.
• Zahn: Es ist einer der Zähne oder Vorsprünge der Krone. Der Zahn kann in mehrere Teile unterteilt werden:
  • Cresta: ist der äußere Teil oder die Spitze des Zahns.
  • Gesicht und Flanke: ist der obere und untere Teil der Zahnseite, also die Kontaktfläche zwischen zwei kämmenden Zahnrädern.
  • Valle: Dies ist der untere Teil des Zahns oder der Zwischenbereich zwischen zwei Zähnen, in dem der Kamm eines anderen Zahnrads untergebracht ist, mit dem es kämmt.

All dies erzeugt eine Reihe von Kronengeometrien das unterscheidet die Arten und Eigenschaften von Zahnrädern:

• Wurzelumfang: markiert das Tal oder die Unterseite der Zähne. Das heißt, es begrenzt den Innendurchmesser des Zahnrads.
• Ursprünglicher Umfang: legt die Trennung zwischen den beiden Teilen der Zahnseite fest: Stirn und Flanke. Dies ist ein sehr wichtiger Parameter, da alle anderen auf dieser Grundlage definiert werden. Es teilt den Zahn in zwei Teile, die Fußsohle und die Zahnkrone.
  • Zahnfuß oder Fußsohlen: Es ist der untere Bereich des Zahns, der zwischen dem ursprünglichen Umfang und dem Fußumfang liegt.
  • Zahnkopf oder Nachtrag: oberer Bereich des Zahns, der vom ursprünglichen Umfang und dem äußeren Umfang ausgeht.
• Kopfumfang- markiert die Spitze der Zähne, dh den Außendurchmesser des Zahnrads.

Wie Sie sich vorstellen können, können Sie je nach Krone, Durchmesser und Zahnart Gang variieren gemäß:

• Anzahl der Zähne: Es bestimmt das Übersetzungsverhältnis und ist einer der bestimmenden Parameter, um sein Verhalten in einem Getriebesystem zu bestimmen.
• Zahnhöhe: die Gesamthöhe vom Tal bis zum Grat.
• Kreisförmiger Schritt: Abstand zwischen einem Teil des Zahns und dem gleichen Teil des nächsten Zahns. Das heißt, wie weit die Zähne voneinander entfernt sind, was auch mit der Anzahl zusammenhängt.
• Espesor: ist die Dicke des Zahnrads.

Getriebeanwendungen

Die Getriebeanwendungen es gibt viele, wie ich bereits zuvor kommentiert habe. Einige seiner praktischen Anwendungen sind:

• Fahrzeuggetriebe.
• Schrittmotoren zur Drehsteuerung.
• Hydraulische Bomben.
• Motoren aller Art, wie Dreh- oder Bewegungsübertragungselemente.
• Differenzielle Mechanismen.
• Drucker, um die Köpfe oder Rollen zu bewegen.
• Roboter für bewegliche Teile.
• Industrielle Maschinen.
• Analoge Uhren.
• Haushaltsgeräte mit mechanischen Teilen.
• Elektronische Geräte mit beweglichen Teilen.
• Türöffnungsmotoren.
• Mobiles Spielzeug.
• Landwirtschaftsmaschinen.
• Luftfahrt.
• Energieerzeugung (Wind, Wärme, ...).
• usw.

Sie können sich eine Vielzahl weiterer Anwendungen für Ihre Projekte mit Arduino, Robotern usw. vorstellen. Sie können viele Mechanismen automatisieren und mit Geschwindigkeiten usw. spielen.

Arten von Zahnrädern

Nach seinen Zähnen und den Eigenschaften des Zahnrads selbst haben Sie verschiedene Arten von Zahnrädern griffbereit, jedes mit seinen Vor- und Nachteilen, daher ist es wichtig, für jede Anwendung das richtige auszuwählen.

Die häufigsten Arten sind:

• Zylindrisch: werden für parallele Achsen verwendet.
  • Gerade: Sie werden am häufigsten verwendet, wenn ein einfacher Gang mit nicht sehr hohen Geschwindigkeiten benötigt wird.
  • Helix: Sie sind eine etwas fortgeschrittenere Version der vorherigen. Bei ihnen sind die Zähne in parallelen Helixbahnen um einen Zylinder (einfach oder doppelt) angeordnet. Sie haben gegenüber geraden Linien klare Vorteile, wie zum Beispiel leiser, schneller fahren, mehr Kraft übertragen können und sich gleichmäßiger und sicherer bewegen.
• Konisch: Sie werden verwendet, um Bewegungen zwischen Achsen zu übertragen, die in unterschiedlichen Winkeln angeordnet sind, sogar bei 90º.
  • Gerade: Sie verwenden gerade Zähne und haben die gleichen Eigenschaften wie die geraden zylindrischen.
  • Spirale: In diesem Fall unterstützen sie höhere Geschwindigkeiten und Kräfte, wie es bei den schraubenförmigen geschehen ist.
• Innenzahnrad: Anstatt die Zähne oder die Krone außen geschnitzt zu haben, haben sie sie innen. Sie sind nicht so verbreitet, werden aber auch für bestimmte Anwendungen verwendet.
• Planetarien: Es handelt sich um einen Satz von Zahnrädern, der in bestimmten Getriebesystemen verwendet wird, bei denen ein zentrales Zahnrad vorhanden ist, um das sich andere kleinere drehen. Deshalb hat es diesen Namen, da sie im Orbit zu sein scheinen.
• Schnecke: Es ist ein übliches Zahnrad in einigen industriellen oder elektronischen Mechanismen. Es verwendet ein Zahnrad, dessen Zähne in eine Spiralform geschnitten sind. Sie erzeugen eine sehr konstante Geschwindigkeit und das ohne Vibrationen oder Geräusche. Sie können auf ein gerades Zahnrad übertragen werden, dessen Achse schräg zur Endlosschnecke steht.
• Zahnstange und Ritzel: Es handelt sich um einen Satz von Zahnrädern, der auch in einigen Mechanismen üblich ist und die Umwandlung einer Drehbewegung einer Achse in eine Linearbewegung oder umgekehrt ermöglicht.

Wenn Sie dabei sind Seine Komposition, können Sie auch zwischen Materialien unterscheiden wie:

• MetalsSie bestehen in der Regel aus verschiedenen Stahlsorten, Kupferlegierungen, Aluminiumlegierungen, Guss- oder Grauguss, Magnesiumlegierungen usw.
• Kunststoffe: Sie werden in Elektronik, Spielzeug usw. verwendet. Dies sind Polycarbonat-, Polyamid- oder PVC-Zahnräder, Acetalharze, PEEK-Polyetheretherketon, Polytetrafluorethylen (PTFE) und Flüssigkristallpolymere (LCP).
• Holz: Sie sind nicht üblich, nur in alten Mechanismen oder in bestimmten Spielzeugen.
• Weitere KFZ-Pakete: Es ist wahrscheinlich, dass in sehr speziellen Fällen andere Fasern oder spezielle Materialien verwendet werden.

Wo kann man Zahnräder kaufen?

Sie verschiedene Arten von Zahnrädern finden in vielen Mechanik- oder Elektronikgeschäften. Hier zum Beispiel einige Beispiele:

• Motorgetriebesatz aus Kunststoff. Mit 64 verschiedenen Typen.
• Keine Produkte gefunden
• Bausatz mit 16 verschiedenen Metallteilen, einschließlich Spiralen.
• Spindelgetriebe aus Kunststoff.

Diese Produkte sind klein, wenn Sie größere Zahnräder benötigen, werden Sie sie wahrscheinlich nicht so leicht finden. Wenn Sie etwas ganz Bestimmtes benötigen, können viele Dreherwerkstätten dies tun mach es für dich. Die Drucker 3D Sie helfen den Herstellern auch, ihre eigenen Zahnräder herzustellen.

Grundberechnungen für Kettenradsysteme

Wie Sie in diesem GIF sehen können, müssen Sie verstehen, dass, wenn zwei Zahnräder ineinandergreifen, beide Achsen dreht sich in die entgegengesetzte Richtung und nicht im gleichen Sinne. Wie Sie sehen können, dreht sich die rot gezackte Rue nach rechts, während die blaue nach links abbiegt.

Somit damit sich eine Achse in die gleiche Richtung dreht es wäre notwendig, ein weiteres zusätzliches Rad hinzuzufügen, beispielsweise das grüne. Auf diese Weise rotieren Rot und Grün in die gleiche Richtung. Dies liegt daran, dass Grün, wenn Blau nach links gedreht wird, beim Eingreifen von Blau-Grün die Drehrichtung wieder umkehrt und sich mit Rot synchronisiert.

Eine andere Sache, die in diesem GIF geschätzt werden kann, ist Drehgeschwindigkeit. Wenn alle Zahnräder den gleichen Durchmesser und die gleiche Zähnezahl hätten, würden sich alle Wellen mit der gleichen Geschwindigkeit drehen. Andererseits ändert sich bei einer Änderung der Zähnezahl / des Durchmessers auch die Drehzahl. Wie Sie in diesem Fall sehen können, dreht sich Rot am schnellsten, da es einen kleineren Durchmesser hat, während sich Blau mit mittlerer Geschwindigkeit und Grün am langsamsten dreht.

Als Reaktion darauf, Es ist möglich zu denken, dass beim Spielen mit den Größen die Geschwindigkeiten geändert werden können. Sie haben Recht, so wie es ein Fahrrad mit den Gängen oder das Getriebe mit den Übersetzungen eines Autos macht. Und nicht nur das, Sie können auch Berechnungen zur Drehgeschwindigkeit anstellen.

Wenn Sie zwei Zahnräder im Eingriff haben, ist eins klein (Ritzel) und ein weiteres großes (Rad), kann folgendes passieren:

• Wenn wir uns vorstellen, dass der Motor oder die Traktion auf das Ritzel ausgeübt wird und das Rad angetrieben wird, obwohl sich das Ritzel mit hoher Geschwindigkeit dreht und ein größeres Rad hat, verlangsamt es es und wirkt als Reduktor. Nur bei gleicher Größe (Ritzel = Rad) würden beide Achsen gleich schnell rotieren.
• Auf der anderen Seite, wenn wir uns vorstellen, dass das Rad die Traktion hat und eine Geschwindigkeit angewendet wird, selbst wenn sie niedrig ist, dreht sich das Ritzel schneller, da seine geringe Größe als Multiplikator.

Getriebeberechnungen

Wenn Sie dies verstanden haben, können Sie die Berechnungen eines einfachen Übertragungssystems zwischen zwei Gängen durchführen, indem Sie die Formel:

N1 Z1 = N2 Z2

Wobei Z die Zähnezahl der Zahnräder 1 und 2 ist, die in Eingriff sind und N die Drehzahl der Wellen in U/min (Umdrehungen pro Minute oder Umdrehungen pro Minute) ist. Zum ejemplo, stellen Sie sich das im obigen GIF zur Vereinfachung vor:

• Rot (Antrieb) = 4 Zähne und der Motor bringt eine Drehzahl von 7 U/min auf seine Welle auf.
• Blau = 8 Zähne
• Grün = 16 Zähne

Wenn Sie in diesem System die Kurve berechnen möchten, müssen Sie zunächst die Geschwindigkeit des Blauen berechnen:

4 7 = 8 z

z = 4 7/8

z = 3.5 U/min

Das heißt, die blaue Welle würde sich mit 3.5 U/min drehen, etwas langsamer als die 4 U/min der roten. Wenn Sie die Grünumdrehung berechnen wollten, da Sie jetzt die Geschwindigkeit von Blau kennen:

8 3.5 = 16 z

z = 8 3.5/16

z = 1.75

Wie Sie sehen können, würde sich Grün mit 1.75 U / min drehen, was langsamer ist als Blau und Grün. Und was würde passieren, wenn sich der Motor auf der grünen Achse befindet und das Antriebsrad mit 4 U/min rotiert, dann wäre die Rotation 8 U/min für Blau, 16 U/min für Rot.

Daraus folgt, dass bei einem kleinen Antriebsrad eine geringere Drehzahl an der Endwelle, aber eine größere Kraft erreicht wird. Für den Fall, dass das große Rad die Traktion trägt, erreicht das kleine Rad eine höhere Geschwindigkeit, aber weniger Kraft. Weil da Leistungen oder Drehmoment anders? Schau dir diese Formel an:

P = T ω

Dabei ist P die von der Welle übertragene Leistung in Watt (W), T das entwickelte Drehmoment (Nm), ω die Winkelgeschwindigkeit, mit der sich die Welle dreht (rad/s). Wird die Leistung des Motors beibehalten und die Drehzahl vervielfacht oder verringert, so ändert sich auch T. Das gleiche passiert, wenn T konstant gehalten und die Drehzahl variiert wird, dann wird P geändert.

Sie möchten wahrscheinlich auch berechnen, wenn sich eine Achse mit X U/min dreht, wie viel sie linear vorrücken würde, d Lineargeschwindigkeit. Stellen Sie sich zum Beispiel vor, dass Sie in der roten Achse einen Gleichstrommotor haben und auf der grünen Achse ein Rad platziert haben, sodass ein Motor auf einer Oberfläche fährt. Wie schnell würde es gehen?

Dazu müssen Sie lediglich den Umfang des montierten Reifens berechnen. Multiplizieren Sie dazu den Durchmesser mit Pi und Sie erhalten den Umfang. Wenn man weiß, was das Rad bei jeder Umdrehung vorantreiben kann und welche Umdrehungen jede Minute berücksichtigt, kann die Lineargeschwindigkeit erhalten werden ...

Hier zeige ich dir ein Video, damit du das besser verstehen kannst:

Berechnungen für Schnecke und Kettenrad

Um Schneckengetriebe und Kettenrad, lässt sich mit der Formel berechnen:

i = 1 / Z

Dies liegt daran, dass die Schraube in diesem System als ein einzahniges Kettenrad betrachtet wird, das schraubenförmig geschnitten wurde. Wenn Sie also beispielsweise ein Kettenrad mit 60 Zähnen haben, beträgt es 1/60 (das bedeutet, dass sich die Schraube 60-mal drehen müsste, damit das Kettenrad 1 Umdrehung fertigstellt). Darüber hinaus ist es ein Mechanismus, der nicht wie andere umkehrbar ist, dh das Kettenrad kann nicht gedreht werden, damit sich die Schnecke dreht. hier kann nur die Schnecke die Antriebswelle sein.

Berechnungen von Zahnstangen und Ritzel

Für das System Zahnstange und Ritzel, die Berechnungen ändern sich wieder, in diesem Fall sind es:

V = (p Z N) / 60

Das heißt, multiplizieren Sie die Teilung der Ritzelzähne (in Metern) mit der Anzahl der Ritzelzähne und mit der Anzahl der Ritzelumdrehungen (in U/min). Und das wird durch 60 geteilt. Stellen Sie sich zum Beispiel vor, Sie haben ein System mit einem Ritzel mit 30 Zähnen, einer Teilung von 0.025 m und einer Schleuderdrehzahl von 40 U/min:

V = (0.025) / 30

V = 0.5 m / s

Das heißt, es würde jede Sekunde einen halben Meter vorrücken. Und in diesem Fall ja es ist reversibelDas heißt, wenn die Zahnstange in Längsrichtung bewegt wird, kann das Ritzel in Drehung versetzt werden.

Sie könnten sogar berechnen, wie lange es dauert, eine Strecke zurückzulegen, indem Sie die Formel für . berücksichtigen gleichmäßige Linienbewegung (v = d / t), das heißt, wenn die Geschwindigkeit gleich der Distanz geteilt durch die Zeit ist, wird die Zeit gelöscht:

t = d / v

Wenn Sie also bereits die Geschwindigkeit und Entfernung kennen, die Sie berechnen möchten, stellen Sie sich beispielsweise vor, dass Sie berechnen möchten, wie lange es dauert, 1 Meter zu fahren:

t = 1 / 0.5

t = 2 Sekunden

Ich hoffe, Ihnen geholfen zu haben, zumindest die wichtigsten Kenntnisse über Zahnräder zu erlangen, damit Sie verstehen, wie sie funktionieren und wie Sie sie in Ihren zukünftigen Projekten zu Ihrem Vorteil nutzen können.