چرخ دنده: هر آنچه در مورد این چرخ دنده ها لازم است بدانید

ل چرخ دنده ها آنها در بسیاری از مکانیسم های فعلی ، از ساعت های آنالوگ ، گرفته تا موتورهای خودرو ، گیربکس ها ، از طریق ربات ها ، چاپگرها و بسیاری دیگر از سیستم های مکاترونیک قرار دارند. با تشکر از آنها ، سیستم های انتقال می توانند ساخته شوند و فراتر از حرکت حرکت کنند ، همچنین می توانند آن را تغییر دهند.

بنابراین ، آنها عناصر بسیار مهمی هستند که شما باید بدانید که آنها چگونه کار می کنند به درستی. به این ترتیب می توانید از چرخ دنده های مناسب برای پروژه های خود استفاده کنید و نحوه عملکرد آنها را بهتر بفهمید ...

دنده چیست؟

سیستم های زنجیره ای ، سیستم قرقره ، چرخ های اصطکاک و غیره وجود دارد. همه آنها سیستم های انتقال با مزایا و معایب آن. اما از بین همه آنها ، سیستم دنده ای برجسته است که معمولاً از نظر خصوصیات مورد علاقه هستند:

• آنها می توانند بدون سر خوردن دندان هایشان در برابر نیروهای زیادی مقاومت کنند ، همانطور که در مورد چرخ های اصطکاک یا قرقره ها می توان این مسئله را مشاهده کرد.
• این یک سیستم برگشت پذیر است ، قادر به انتقال نیرو یا حرکت در هر دو جهت است.
• آنها می توانند کنترل دقیق حرکت را انجام دهند ، همانطور که در سیستم دیده می شود موتورهای پله ای، برای مثال
• آنها امکان ایجاد سیستم های انتقال فشرده را در مقابل زنجیرها یا قرقره ها فراهم می کنند.
• اندازه های مختلف را می توان با هم ترکیب کرد تا در چرخش هر محور تداخل ایجاد کند. به طور کلی ، هنگامی که از دو زنجیر استفاده می شود ، چرخ دنده بزرگتر چرخ و پینیون کوچک نامیده می شود.

Un چرخ دنده یا چرخ دنده این چیزی بیشتر از نوعی چرخ نیست که بسته به نوع دنده ای که دارد ، یک سری دندان در لبه خارجی یا داخلی آن حک شده است. این چرخ دنده ها برای ایجاد گشتاور روی شافتهایی که به آنها متصل شده اند ، در حرکات چرخشی قرار می گیرند و می توان آنها را در یک گروه قرار داد تا سیستمهای دنده پیچیده تری تولید کنند و دندانهایشان را بهم برسانند.

بدیهی است ، برای آن امکان پذیر است ، نوع و اندازه دندانها باید مطابقت داشته باشد در غیر این صورت ناسازگار خواهند بود و متناسب نیستند. این پارامترها مواردی هستند که در بخش بعدی مورد بحث قرار می گیرند ...

قطعات یک چرخ دنده

برای اینکه دو چرخ دنده در کنار هم قرار بگیرند ، قطر و تعداد دندانه ها می تواند متنوع باشد ، اما آنها باید به یک سری عواملی که باعث ایجاد دنده می شوند احترام بگذارند. با یکدیگر سازگار باشند، مانند نوع دندان آنها ، ابعاد و غیره

همانطور که در تصویر قبلی مشاهده می کنید ، این موارد وجود دارد چندین قسمت در یک چرخ دنده باید بدانید:

• سپتوم یا بازوها: بخشی است که وظیفه اتصال تاج و مکعب را برای انتقال حرکت بر عهده دارد. ضخامت آنها می تواند کم و بیش باشد و ترکیب و قدرت آن تا حد زیادی به قدرت و وزن بستگی دارد. گاهی اوقات آنها معمولاً سوراخ می شوند تا وزن کم کنند ، و بار دیگر یک پارتیشن جامد انتخاب می شود.
• مکعب: بخشی است که شافت انتقال حرکت به آن متصل شده و به پارتیشن متصل است.
• تاج: ناحیه دنده ای است که دندانها بریده شده اند. این مهمترین است ، زیرا سازگاری ، رفتار و عملکرد دنده به آن بستگی دارد.
• دندان: یکی از دندانها یا برجستگی های تاج است. دندان را می توان به چندین قسمت تقسیم کرد:
  • کرستا: قسمت خارجی یا نوک دندان است.
  • صورت و پهلو: قسمت بالا و پایین کناره دندان است ، یعنی سطح تماس بین دو چرخ دنده ای که شبکه می شوند.
  • دره: این قسمت تحتانی دندان یا ناحیه میانی بین دو دندان است ، جایی که تاج چرخ دندانه دار دیگری است که با آن شبکه می شود.

همه اینها یک سری تولید می کند هندسه های تاج که انواع و خصوصیات چرخ دنده ها را از هم متمایز می کند:

• دور ریشه: دره یا پایین دندان ها را علامت گذاری می کند. یعنی قطر داخلی چرخ دنده را محدود می کند.
• دور بدوی: تقسیم بندی را بین دو قسمت کنار دندان ایجاد می کند: صورت و پهلو. این یک پارامتر بسیار مهم است ، زیرا سایر پارامترها براساس آن تعریف می شوند. دندان را به دو قسمت لگن و لگن تقسیم می کند.
  • پای دندان یا دندون: ناحیه تحتانی دندان است که بین محیط اصلی و محیط ریشه قرار دارد.
  • سر دندان یا ضمیمه: ناحیه فوقانی دندان که از محیط اصلی و دور خارجی خارج می شود.
• دور سر- تاج دندان ها را نشان می دهد ، یعنی قطر خارجی چرخ دنده.

همانطور که می توانید تصور کنید ، بسته به تاج ، قطر و انواع دندان ها می توانید دنده متفاوت باشد با توجه:

• تعداد دندانها: این نسبت دنده را تعریف می کند و یکی از تعیین کننده ترین پارامترها برای تعیین رفتار آن در سیستم انتقال قدرت است.
• ارتفاع دندان: کل ارتفاع ، از دره تا پشته.
• مرحله دایره ای: فاصله بین یک قسمت دندان و همان قسمت دندان بعدی. یعنی فاصله دندانها از هم فاصله دارد که این نیز به تعداد مربوط می شود.
• اسپسور: ضخامت چرخ دنده است.

برنامه های دنده ای

این برنامه های دنده ای همانطور که قبلاً اشاره کردم ، بسیاری وجود دارد. برخی از کاربردهای عملی آن عبارتند از:

• گیربکس های خودرو
• موتورهای پله ای برای کنترل چرخش.
• بمب های هیدرولیک.
• موتورهای مختلف ، از جمله چرخش یا انتقال عناصر انتقال.
• مکانیسم های دیفرانسیل.
• چاپگرهایی برای حرکت دادن سرها یا غلتک ها.
• روبات برای حرکت قطعات.
• ماشین آلات صنعتی
• ساعتهای آنالوگ
• لوازم خانگی با قطعات مکانیکی.
• دستگاه های الکترونیکی با قطعات متحرک.
• موتور باز درب.
• اسباب بازی های موبایل
• ماشین آلات مزرعه
• هوانوردی.
• تولید انرژی (بادی ، حرارتی ، ...).
• و غیره.

شما می توانید با استفاده از آردوینو ، روبات ها و غیره به بسیاری از برنامه های دیگر برای پروژه های خود فکر کنید. شما می توانید بسیاری از مکانیزم ها را خودکار کرده و با سرعت و غیره بازی کنید.

انواع چرخ دنده ها

با توجه به دندان های آن و ویژگی های خود چرخ دنده ، شما باید انواع مختلف چرخ دنده در دسترس شماست ، هرکدام مزایا و معایب خود را دارند ، بنابراین انتخاب مناسب برای هر برنامه مهم است.

ل انواع متداول صدا:

• استوانه ای: برای محورهای موازی استفاده می شود.
  • سر راست: رایج ترین آنهاست که در صورت نیاز به چرخ دنده ساده با سرعت نه چندان زیاد استفاده می شود.
  • مارپیچ: آنها تا حدودی نسخه پیشرفته تری از نسخه های قبلی هستند. در آنها دندانها در مسیرهای مارپیچ موازی در اطراف یک استوانه (یک یا دو) قرار گرفته اند. آنها یک مزیت آشکار نسبت به استریت ها دارند ، مانند ساکت بودن ، کار با سرعت بالاتر ، می توانند قدرت بیشتری را انتقال دهند و حرکت یکنواخت و ایمن تری دارند.
• مخروطی: از آنها برای انتقال حرکت بین محورهایی که در زوایای مختلف قرار گرفته اند ، حتی در دمای 90 درجه استفاده می شود.
  • سر راست: آنها از دندانهای مستقیم استفاده می کنند و خصوصیات آنها با دندانهای استوانه ای مستقیم مشترک است.
  • مارپیچ: در این حالت آنها از سرعت و نیرو بیشتری پشتیبانی می کنند ، همانطور که برای مارپیچ اتفاق افتاد.
• دنده داخلی: به جای اینکه دندان ها یا تاج آن ها در خارج تراشیده شود ، آنها آن را در داخل خود دارند. آنها به همان اندازه رایج نیستند ، اما برای کاربردهای خاصی نیز استفاده می شوند.
• سیارات: مجموعه ای از چرخ دنده ها است که در سیستم های انتقال خاص استفاده می شود که در آن دنده مرکزی وجود دارد که چرخ دنده های دیگر نیز به دور آن می چرخند. به همین دلیل است که این اسم را دارد ، زیرا به نظر می رسد در حال چرخش هستند.
• پیچ بی پایان: این یک چرخ دنده معمول در برخی از مکانیسم های صنعتی یا الکترونیکی است. از دنده ای استفاده می کند که دندان های آن به شکل مارپیچ بریده می شوند. آنها یک سرعت بسیار ثابت و بدون لرزش و سر و صدا ایجاد می کنند. آنها می توانند به یک چرخ دندانه دار مستقیم که محور آن به طور مایل به پیچ بی پایان منتقل می شود ، منتقل شوند.
• دندانه دار کردن: این مجموعه ای از چرخ دنده ها است که در بعضی از مکانیزم ها نیز رایج است و اجازه می دهد تا یک حرکت چرخشی یک محور به یک حرکت خطی تبدیل شود یا برعکس.

اگر شرکت کنید ترکیب او، شما همچنین می توانید بین مواردی مانند:

• فلزاتآنها معمولاً از انواع مختلف فولاد ، آلیاژهای مس ، آلیاژهای آلومینیوم ، چدن یا چدن خاکستری ، آلیاژهای منیزیم و ... ساخته می شوند.
• پلاستیک: از آنها در الکترونیک ، اسباب بازی و غیره استفاده می شود. آنها چرخ دنده های پلی کربنات ، پلی آمید یا پی وی سی ، رزین های استال ، پلی اتر اترکتون PEEK ، پلی تترا فلورواتیلن (PTFE) و پلیمرهای کریستال مایع (LCP) هستند.
• چوب: فقط در مکانیزم های قدیمی یا در بعضی از اسباب بازی ها معمول نیستند.
• دیگر: این احتمال وجود دارد که برای موارد بسیار خاص از الیاف یا مواد خاصی استفاده شود.

از کجا دنده بخریم؟

شما انواع مختلف چرخ دنده را پیدا کنید در بسیاری از فروشگاه های مکانیکی یا الکترونیکی. به عنوان مثال ، در اینجا چند مثال آورده شده است:

• کیت چرخ دنده موتور پلاستیکی. با 64 نوع مختلف.
• کیت دنده پلاستیکی با 75 نوع مختلف برای موتور و رباتیک.
• کیت 16 قطعه فلزی مختلف از جمله مارپیچ.
• کیت چرخ دنده دوک پلاستیکی.

این محصولات اندازه کوچکی دارند ، اگر به چرخ دنده های بزرگتری نیاز دارید احتمالاً به راحتی پیدا نخواهید کرد. همچنین ، اگر به چیز بسیار خاصی نیاز دارید ، بسیاری از کارگاه های آموزشی ترنر می توانند آن را برای شما درست کنید. این چاپگرهای 3D آنها همچنین به سازندگان کمک می کنند تا چرخ دنده های خود را ایجاد کنند.

محاسبات اساسی برای سیستم های چرخ دنده ای

همانطور که در این GIF می بینید ، باید درک کنید که وقتی دو دنده مش می شوند ، هر دو محور در جهت مخالف چرخش خواهد کرد و نه به همان مفهوم همانطور که می بینید ، اگر به خیابان دندانه دار قرمز نگاه کنید ، به سمت راست می چرخد ​​، در حالی که آبی به سمت چپ می چرخد.

بنابراین، برای چرخش یک محور در همان جهت باید یک چرخ اضافی مانند چرخ سبز اضافه شود. به این ترتیب ، قرمز و سبز در یک جهت می چرخند. این بدان دلیل است که ، هنگامی که رنگ آبی به سمت چپ چرخانده می شود ، هنگام درگیر شدن با آبی-سبز ، رنگ سبز جهت چرخش مجدداً معکوس می شود و با قرمز هماهنگ می شود.

مورد دیگری که می توان از آن در GIF قدردانی کرد این است سرعت چرخش. اگر تمام چرخ دنده ها دارای قطر و تعداد دندانه یکسان باشند ، تمام شافت ها با همان سرعت می چرخند. از طرف دیگر ، وقتی تعداد / قطر دندان تغییر می کند ، سرعت نیز تغییر می کند. همانطور که در این حالت مشاهده می کنید ، قرمز همان چیزی است که سریعتر می چرخد ​​، زیرا قطر آن کمتر است ، در حالی که رنگ آبی با سرعت متوسط ​​می چرخد ​​و رنگ سبز کمترین چرخش است.

در پاسخ به این ، می توان فکر کرد که بازی با اندازه هایی که سرعت دارد می تواند تغییر کند. درست است ، همانطور که یک دوچرخه می تواند این کار را با تعویض دنده انجام دهد یا جعبه دنده این کار را با نسبت دنده های اتومبیل انجام می دهد. و نه تنها این ، شما همچنین می توانید محاسبه سرعت چرخش را انجام دهید.

وقتی دو دنده دارید ، یکی کوچک (پینیون) و دیگری بزرگ (چرخ)، موارد زیر ممکن است رخ دهد:

• اگر تصور کنیم که موتور یا کشش به پینیون اعمال شده و چرخ رانده می شود ، اگرچه پینیون با داشتن چرخ بزرگتر با سرعت زیاد می چرخد ​​، سرعت آن را کم می کند ، مانند یک کاهنده. فقط اگر اندازه آنها یکسان باشد (پینیون = چرخ) هر دو محور با یک سرعت می چرخند.
• از طرف دیگر ، اگر تصور کنیم این چرخ است که دارای کشش است و از سرعت استفاده می شود ، حتی اگر کم باشد ، دنده عقب سریعتر می چرخد ​​، زیرا اندازه کوچک آن مانند ضرب.

محاسبات انتقال دنده

وقتی این را فهمیدید ، می توانید با استفاده از محاسبات یک سیستم انتقال قدرت ساده بین دو چرخ دنده را انجام دهید فرمول:

N1 Z1 = N2 Z2

جایی که Z تعداد دندانه های چرخ دنده های 1 و 2 است که مش می شوند و N سرعت چرخش شافت ها در RPM (دور در دقیقه یا دور در دقیقه) است. برای ejemplo، تصور کنید که در GIF بالا ، برای ساده کردن:

• قرمز (درایو) = 4 دندانه و موتور در شفت 7 دور در دقیقه از سرعت چرخش استفاده می کند.
• آبی = 8 دندان
• سبز = 16 دندان

اگر می خواهید دور این سیستم را محاسبه کنید ، ابتدا باید سرعت آبی را محاسبه کنید:

4 7 = 8 z

z = 4 7/8

z = 3.5 دور در دقیقه

یعنی ، محور آبی در 3.5 دور در دقیقه در حال چرخش است ، تا حدی کندتر از 4 دور در دقیقه قرمز. اگر می خواستید نوبت سبز را محاسبه کنید ، اکنون که سرعت آبی را می دانید:

8 3.5 = 16 z

z = 8 3.5/16

z = 1.75

همانطور که مشاهده می کنید ، رنگ سبز با دور 1.75 دور در دقیقه می چرخد ​​که از آبی و سبز کندتر است. و چه اتفاقی خواهد افتاد اگر موتور در محور سبز قرار داشته باشد و چرخ راننده با 4 دور در دقیقه بچرخد ، سپس چرخش برای آبی 8 دور در دقیقه ، برای قرمز 16 دور در دقیقه خواهد بود.

بنابراین نتیجه می گیرد که ، وقتی چرخ محرک کوچک است ، سرعت کمتری در شافت نهایی حاصل می شود ، اما نیروی بیشتری دارد. در صورت چرخش چرخ بزرگ ، چرخ کوچک باعث سرعت بیشتر ، اما نیروی کمتری می شود. چون آنجا قدرت یا گشتاور ناهمسان؟ به این فرمول نگاه کنید:

P = T ω

جایی که P قدرت منتقل شده توسط شافت در وات (W) است ، T گشتاور توسعه یافته (Nm) است ، ω سرعت زاویه ای چرخش شافت (راد / ثانیه). اگر قدرت موتور حفظ شود و سرعت چرخش چند برابر شود یا کاهش یابد ، T. نیز تغییر می کند اگر T ثابت بماند و سرعت متغیر باشد ، همین اتفاق می افتد ، P تغییر می کند.

شما همچنین می خواهید محاسبه کنید که اگر یک محور در X RPM بچرخد ، چقدر از نظر خطی پیش می رود ، یعنی سرعت خطی. به عنوان مثال ، تصور کنید که در موتور قرمز شما یک موتور DC دارید و در محور سبز یک چرخ قرار داده اید تا یک موتور روی یک سطح حرکت کند. با چه سرعتی پیش می رود؟

برای این کار فقط باید دور لاستیکی را که نصب کرده اید محاسبه کنید. برای این کار قطر را در Pi ضرب کنید و به شما محیط می دهد. دانستن اینکه چرخ با هر پیچ می تواند چه چیزی را پیش ببرد و با در نظر گرفتن هر دقیقه چرخش ، می توان سرعت خطی را بدست آورد ...

در اینجا من یک ویدیو را به شما نشان می دهم تا بتوانید این را به روش بهتری درک کنید:

محاسبات کرم و زنجیر چرخ

در Al cuanto چرخ دنده و زنجیر کرم، می تواند با فرمول محاسبه شود:

من = 1 / Z

دلیل این امر این است که پیچ در این سیستم به عنوان یک زنجیر دندانه ای منفرد در نظر گرفته می شود که به صورت مارپیچ بریده شده است. بنابراین اگر مثلاً یک زنجیر دندان 60 دارید ، 1/60 خواهد بود (این بدان معنی است که پیچ باید 60 بار بچرخد تا زنجیر 1 چرخش کامل شود). علاوه بر این ، مکانیزمی است که مانند بقیه قابل برگشت نیست ، یعنی چرخ دنده را نمی توان چرخاند تا کرم بچرخد ، فقط کرم می تواند شافت درایو در اینجا باشد.

محاسبات رک و پینیون

برای سیستم دندانه دار کردن محاسبات دوباره تغییر می کنند ، در این حالت آنها عبارتند از:

V = (p Z N) / 60

به این معنی که گام دندان های پینیون را (بر حسب متر) ، در تعداد دندان پینیون و در تعداد چرخش پینیون (در RPM) ضرب کنید. و این به 60 تقسیم می شود. به عنوان مثال ، تصور کنید شما سیستمی با 30 دندانه دندانه ، گام 0.025 متر و سرعت چرخش 40 دور در دقیقه دارید:

V = (0.025) / 30

V = 0.5 متر بر ثانیه

یعنی هر ثانیه نیم متر پیش می رود. و ، در این مورد ، بله قابل برگشت استیعنی اگر قفسه به صورت طولی جابجا شود ، می توان پایه را چرخاند.

حتی می توانید با در نظر گرفتن فرمول مربوطه ، مسافتی را طی کنید که مسافت طی شود حرکت یکنواخت خط (v = d / t) ، یعنی اگر سرعت برابر با فاصله تقسیم بر زمان باشد ، زمان پاک می شود:

t = d / v

بنابراین ، از قبل با دانستن سرعت و مسافتی که می خواهید محاسبه کنید ، به عنوان مثال تصور کنید که می خواهید محاسبه کنید که طول 1 متر طول می کشد:

t = 1 / 0.5

t = 2 ثانیه

امیدوارم که به شما کمک کرده باشم حداقل ضروری ترین دانش در مورد چرخ دنده ها را بدست آورید ، تا بفهمید که آنها چگونه کار می کنند و چگونه می توانید از آنها به نفع خود در پروژه های آینده خود استفاده کنید.