Zupčanici: sve što trebate znati o ovim lančanicima

The zupčanici Oni su u mnoštvu trenutnih mehanizama, od analognih satova, preko motora vozila, mjenjača, preko robota, printera i mnogih drugih mehatroničkih sustava. Zahvaljujući njima, prijenosni sustavi mogu se izraditi i ići dalje od odašiljanja pokreta, oni ga također mogu mijenjati.

Stoga su oni vrlo važni elementi koji trebali biste znati kako rade Ispravno. Na taj način možete koristiti prave zupčanike za svoje projekte i bolje razumjeti njihov rad ...

Što je zupčanik?

Postoje lančani sustavi, sustavi remenica, frikcijski kotači itd. Svi oni prijenosni sustavi sa svojim prednostima i nedostacima. No, od svih se ističe sustav zupčanika, koji su obično omiljeni zbog svojih svojstava:

• Izdržavaju velike sile zbog zuba bez klizanja, kao što to može biti kod frikcijskih kotača ili remenica.
• To je reverzibilan sustav, sposoban prenijeti snagu ili kretanje u oba smjera.
• Omogućuju vrlo preciznu kontrolu pokreta, kao što se može vidjeti na koračni motori, na primjer.
• Omogućuju stvaranje kompaktnih prijenosnih sustava ispred lanaca ili remenica.
• Mogu se kombinirati različite veličine kako bi ometale rotaciju svake osi. Općenito, kada se koriste dva lančanika, veći zupčanik naziva se kotačić i mali zupčanik.

Un zupčanik ili zupčanik to je ništa više od vrste kotača s nizom zubaca urezanih na vanjskom ili unutarnjem rubu, ovisno o vrsti zupčanika koji je. Ovi lančanici će se okretati kako bi stvorili okretni moment na osovinama na koje su pričvršćeni i mogu se grupirati da bi se stvorili složeniji sustavi zupčanika koji međusobno postavljaju zube.

Očito, da bi to bilo moguće, vrsta i veličina zuba moraju odgovarati. Inače će biti nekompatibilni i neće odgovarati. O tim se parametrima govori u sljedećem odjeljku ...

Dijelovi zupčanika

Da bi se dvije brzine međusobno uklopile, promjer i broj zubaca mogu varirati, ali moraju poštivati ​​niz čimbenika koji čine zupčanik biti međusobno kompatibilni, kao što su vrsta zuba koji koriste, dimenzije itd.

Kao što vidite na prethodnoj slici, postoje nekoliko dijelova u brzini biste trebali znati:

• Septum ili ruke: to je dio koji je zadužen za spajanje krune i kocke kako bi se prenio pokret. Mogu biti više ili manje guste, a njegov sastav i čvrstoća uvelike će ovisiti o snazi ​​i težini. Ponekad se obično probode kako bi se smanjila težina, drugi put se odabere čvrsta pregrada.
• kocka: to je dio na koji je pričvršćeno vratilo za prijenos pokreta i koji je pričvršćen na pregradu.
• Korona: je područje zupčanika na kojem su odrezani zubi. To je najvažnije, jer o tome ovise kompatibilnost, ponašanje i performanse opreme.
• Zub: to je jedan od zuba ili izbočina krunice. Zub se može podijeliti na nekoliko dijelova:
  • Crest: je vanjski dio ili vrh zuba.
  • Lice i bok: je gornji i donji dio bočne strane zuba, odnosno dodirna površina između dva zupčanika koja se spajaju.
  • dolina: to je donji dio zuba ili srednje područje između dva zuba, gdje će biti smješten greben drugog nazubljenog kotača s kojim je on upleten.

Sve ovo stvara niz geometrije krunica koji će razlikovati vrste i svojstva zupčanika:

• Opseg korijena: označava dolinu ili dno zuba. Odnosno, ograničava unutarnji promjer zupčanika.
• Primitivni opseg: uspostavlja podjelu između dva dijela bočne strane zuba: lica i boka. To je vrlo važan parametar, budući da se svi ostali definiraju na temelju njega. Zub će podijeliti na dva dijela, dedendum i dodatak.
  • Zubno stopalo ili dedendum: to je donje područje zuba koje se nalazi između izvornog opsega i opsega korijena.
  • Glava zuba ili dodatak: gornje područje zuba, koje ide od izvornog opsega i vanjskog opsega.
• Opseg glave- označit će greben zuba, odnosno vanjski promjer zupčanika.

Kao što možete zamisliti, ovisno o kruni, promjeru i vrstama zuba, možete mijenjati brzinu prema:

• Broj zuba: definirat će prijenosni omjer i jedan je od najvažnijih parametara koji određuju njegovo ponašanje u prijenosnom sustavu.
• Visina zuba: ukupna visina, od doline do grebena.
• Kružni korak: udaljenost između jednog dijela zuba i istog dijela sljedećeg zuba. Odnosno, koliko su zubi udaljeni, što je također povezano s brojem.
• Debljina: je debljina zupčanika.

Primjene zupčanika

Las primjene zupčanika ima ih mnogo, kao što sam već ranije komentirao. Neke od njegovih praktičnih primjena su:

• Mjenjači za vozila.
• Koračni motori za kontrolu okretanja.
• Hidrauličke bombe.
• Motori svih vrsta, poput elemenata za okretanje ili prijenos.
• Diferencijalni mehanizmi.
• Pisači za pomicanje glava ili valjaka.
• Roboti za pokretne dijelove.
• Industrijski strojevi.
• Analogni satovi.
• Kućanski aparati s mehaničkim dijelovima.
• Elektronički uređaji s pokretnim dijelovima.
• Motori za otvaranje vrata.
• Mobilne igračke.
• Poljoprivredni strojevi.
• Zrakoplovstvo.
• Proizvodnja energije (vjetar, toplina, ...).
• i tako dalje

Možete smisliti mnoštvo drugih aplikacija za svoje projekte s Arduinom, robotima itd. Možete automatizirati mnoge mehanizme i igrati se brzinama itd.

Vrste zupčanika

Prema njegovim zubima i karakteristikama same opreme, imate različite vrste zupčanika nadohvat ruke, svaka sa svojim prednostima i nedostacima, pa je važno odabrati pravu za svaku aplikaciju.

The najčešće vrste zvuk:

• Cilindričan: koriste se za paralelne osi.
  • Ravno: najčešći su, koriste se kada je potreban jednostavan zupčanik s ne baš velikim brzinama.
  • Spiralni: oni su nešto naprednija verzija prethodnih. U njima su zubi poredani paralelnim zavojnim putovima oko cilindra (pojedinačni ili dvostruki). Imaju očitu prednost u odnosu na ravne linije, poput tišeg rada s većim brzinama, prijenosa veće snage i ujednačenijeg i sigurnijeg kretanja.
• Stožast: koriste se za prijenos kretanja između osi postavljenih pod različitim kutovima, čak i pod 90º.
  • Ravno: koriste ravne zube i dijele karakteristike s ravnim cilindričnim.
  • Spirala: u ovom slučaju podržavaju veće brzine i sile, kao što se dogodilo spiralama.
• Unutarnji zupčanik: umjesto da su zubi ili krunica izrezbareni izvana, oni ih imaju iznutra. Nisu toliko česti, ali se koriste i za određene primjene.
• Planetariji: to je skup zupčanika koji se koristi u određenim prijenosnim sustavima gdje se nalazi središnji zupčanik oko kojeg se okreću drugi manji. Zato i ima to ime, budući da se čini da kruže u orbiti.
• Beskrajni vijak: to je uobičajena oprema u nekim industrijskim ili elektroničkim mehanizmima. Koristi zupčanik čiji su zubi izrezani u spiralni oblik. Oni generiraju vrlo konstantnu brzinu i bez vibracija i buke. Oni mogu prenositi na ravno nazubljeni kotač čija je os koso na beskrajni vijak.
• Nosač i zupčanik: to je skup zupčanika koji je također čest u nekim mehanizmima i koji omogućuje rotacijsko kretanje osi da se transformira u linearno kretanje ili obrnuto.

Ako pohađate Njegov sastav, također možete razlikovati materijale kao što su:

• Metali: obično se izrađuju od različitih vrsta čelika, bakrenih legura, aluminijskih legura, lijevanog željeza ili sivog lijeva, magnezijevih legura itd.
• Plastika: koriste se u elektronici, igračkama itd. To su zupčanici od polikarbonata, poliamida ili PVC-a, acetalne smole, PEEK polietereterketon, politetrafluoretilen (PTFE) i polimeri s tekućim kristalima (LCP).
• drvo: nisu česti, samo u starim mehanizmima ili u određenim igračkama.
• drugi: vjerojatno je da se za vrlo specifične slučajeve koriste druga vlakna ili određeni materijali.

Gdje kupiti zupčanice?

Vi pronaći različite vrste zupčanika u mnogim trgovinama mehanike ili elektronike. Na primjer, evo nekoliko primjera:

• Komplet zupčanika od plastičnog motora Sa 64 različite vrste.
• Nije pronađen nijedan proizvod.
• Komplet od 16 različitih metalnih dijelova, uključujući spirale.
• Komplet zupčanika od plastičnog vretena.

Ti su proizvodi male veličine, ako su vam potrebni veći zupčanici, vjerojatno ih nećete pronaći tako lako. Također, ako trebate nešto vrlo specifično, mogu to učiniti mnoge tokararske radionice napravi to za tebe. 3D pisači oni također pomažu proizvođačima da stvore vlastite zupčanice.

Osnovni proračuni za sustave lančanika

Kao što možete vidjeti na ovom GIF-u, morate shvatiti da kada se dva zupčanika spoje, obje osi će se okretati u suprotnom smjeru i to ne u istom smislu. Kao što vidite, ako pogledate crvenu nazubljenu rutu, ona se okreće udesno, dok se plava okreće ulijevo.

stoga da bi se os okretala u istom smjeru bilo bi potrebno dodati još jedan dodatni kotačić, poput zelenog. Na taj se način crvena i zelena okreću u istom smjeru. To je zato što će, dok se plava okreće ulijevo, kad uključuje plavo-zelenu, zelena ponovno okretati smjer vrtnje, sinkronizirajući se s crvenom.

Još jedna stvar koja se može cijeniti u tom GIF-u je brzina okretanja. Da su svi zupčanici imali isti promjer i broj zubaca, sva bi se vratila vrtjela istom brzinom. S druge strane, kada se promijeni broj / promjer zuba, mijenja se i brzina. Kao što vidite u ovom slučaju, crvena je ona koja se najbrže vrti, jer ima manji promjer, dok se plava vrti srednjom brzinom, a zelena najsporije.

Kao odgovor na ovo, moguće je pomisliti da se igranjem veličina mogu mijenjati brzine. U pravu ste, baš kao što to bicikl može učiniti sa zupčanicima ili mjenjač s prijenosnim omjerima automobila. I ne samo to, možete izračunati i brzinu okretanja.

Kad imate dva zupčanika u mreži, jedan mali (zupčanik) i još jedan veliki (kotač), moglo bi se dogoditi sljedeće:

• Ako zamislimo da se motor ili vuča primjenjuju na zupčanik i pogon kotača, iako se zupčanik okreće velikom brzinom, imajući veći kotač, usporit će ga, djelujući kao reduktor. Samo da su jednake veličine (zupčanik = kotač), obje bi se osovine rotirale jednakom brzinom.
• S druge strane, ako zamislimo da kotač ima vuču i primjenjuje se brzina, čak i ako je mala, zupčanik će se brže okretati, jer njegova mala veličina djeluje kao multiplikator.

Izračuni prijenosa zupčanika

Nakon što ste to shvatili, primjenom možete izvršiti proračune jednostavnog prijenosnog sustava između dva stupnja prijenosa formula:

N1 Z1 = N2 Z2

Gdje je Z broj zubaca zupčanika 1 i 2 koji su upleteni, a N brzina vrtnje vratila u okretajima (okretaji u minuti ili okretaji u minuti). Za ejemplo, zamislite to u GIF-u gore, da pojednostavimo:

• Crveni (pogon) = 4 zuba i motor primjenjuje brzinu vrtnje na svoje vratilo od 7 o / min.
• Plava = 8 zuba
• Zelena = 16 zuba

Ako želite izračunati zavoj u ovom sustavu, prvo morate izračunati brzinu plave boje:

4 7 = 8 z

z = 4 7/8

z = 3.5 o / min

Odnosno, plavo bi se vratilo okretalo pri 3.5 o / min, nešto sporije od 4 o / min crvenog. Ako ste željeli izračunati okretanje zelene boje, sada kad znate brzinu plave boje:

8 3.5 = 16 z

z = 8 3.5/16

z = 1.75

Kao što vidite, zelena bi se vrtjela na 1.75 o / min, što je sporije od plave i zelene. A što bi se dogodilo da se motor nalazi na zelenoj osi, a pogonski kotač rotira pri 4 o / min, tada bi rotacija bila 8 o / min za plavu, 16 o / min za crvenu.

Iz toga slijedi da se kada je pogonski kotač mali postiže manja brzina na završnom vratilu, ali veća sila. U slučaju da je veliki kotač onaj koji vuče, mali kotač postiže veću brzinu, ali manje sile. Jer tamo snage ili okretni moment drugačiji? Pogledajte ovu formulu:

P = T ω

Gdje je P snaga koju osovina prenosi u vatima (W), T je razvijeni okretni moment (Nm), ω kutna brzina kojom se vratilo okreće (rad / i). Ako se snaga motora zadrži i brzina vrtnje pomnoži ili smanji, tada se mijenja i T. Isto se događa ako se T održava konstantnom i brzina varira, tada se mijenja P.

Vjerojatno ćete također htjeti izračunati okreće li se os za X RPM, koliko bi linearno napredovala, odnosno linearna brzina. Na primjer, zamislite da u crvenom imate istosmjerni motor, a na zelenoj osi postavite kotač tako da motor putuje po površini. Koliko brzo bi to išlo?

Da biste to učinili, samo morate izračunati opseg gume koju ste postavili. Da biste to učinili, pomnožite promjer s Pi i dobit ćete opseg. Znajući što kotač može napredovati sa svakim okretajem i uzimajući u obzir kolike okrete svake minute, može se dobiti linearna brzina ...

Ovdje vam pokazujem video kako biste ovo mogli bolje razumjeti:

Proračuni puža i lančanika

Kao pužni zupčanik i lančanik, može se izračunati formulom:

i = 1 / Z

To je tako jer se vijak u ovom sustavu smatra jednim zupčastim lančanikom koji je spiralno izrezan. Dakle, ako imate, na primjer, lančanik sa 60 zuba, tada će to biti 1/60 (to znači da bi se vijak morao okrenuti 60 puta da lančanik završi 1 zavoj). Osim toga, to je mehanizam koji nije reverzibilan poput ostalih, to jest, lančanik se ne može okretati tako da se puž okreće, ovdje samo puž može biti pogonsko vratilo.

Izračun zupčanika i zupčanika

Za sustav Rack and pinion, izračuni se ponovno mijenjaju, u ovom slučaju to su:

V = (p Z N) / 60

Odnosno, pomnožite korak zuba zupčanika (u metrima), brojem zuba zupčanika i brojem okretaja zupčanika (u o / min). A to se dijeli sa 60. Na primjer, zamislite da imate sustav s 30 zupčanih zupčanika, korakom od 0.025 m i brzinom centrifuge od 40 o / min:

V = (0.025) / 30

V = 0.5 m / s

Odnosno, svake sekunde bi napredovao za pola metra. I, u ovom slučaju, da to je reverzibilnoOdnosno, ako se stalak pomiče uzdužno, zupčanik se može okretati.

Možete čak izračunati koliko bi vremena trebalo prijeći udaljenost uzimajući u obzir formulu za jednoliko kretanje crte (v = d / t), tj. ako je brzina jednaka udaljenosti podijeljenoj s vremenom, tada se vrijeme briše:

t = d / v

Stoga, već znajući na primjer brzinu i udaljenost koju želite izračunati, zamislite da želite izračunati koliko bi vremena trebalo prijeći 1 metar:

t = 1 / 0.5

t = 2 sekunde

Nadam se da sam vam pomogao da steknete barem najvažnija znanja o zupčanicima, kako biste razumjeli kako oni rade i kako ih možete koristiti u svoju korist u svojim budućim projektima.