Versnellingen: alles wat je moet weten over deze tandwielen

De versnellingen Ze zitten in een groot aantal huidige mechanismen, van analoge klokken tot voertuigmotoren, versnellingsbakken, via robots, printers en vele andere mechatronische systemen. Dankzij hen kunnen transmissiesystemen worden gemaakt en gaan ze verder dan het overbrengen van beweging, ze kunnen het ook veranderen.

Daarom zijn het zeer belangrijke elementen die: je zou moeten weten hoe ze werken Correct. Op die manier kunt u de juiste versnellingen gebruiken voor uw projecten en beter begrijpen hoe ze werken ...

Wat is een versnelling?

Zo zijn er kettingsystemen, katrolsystemen, frictiewielen, etc. Allemaal transmissiesystemen met zijn voor- en nadelen. Maar van allemaal valt het versnellingssysteem op, dat meestal favoriet is vanwege hun eigenschappen:

• Ze kunnen door hun tanden grote krachten weerstaan ​​zonder te slippen, zoals het geval kan zijn bij wrijvingswielen of katrollen.
• Het is een omkeerbaar systeem dat kracht of beweging in beide richtingen kan overbrengen.
• Ze maken een zeer nauwkeurige bewegingscontrole mogelijk, zoals te zien is in de stappenmotoren, bijvoorbeeld.
• Ze maken het mogelijk om compacte transmissiesystemen voor de kettingen of katrollen te creëren.
• Verschillende maten kunnen worden gecombineerd om de rotatie van elke as te verstoren. Wanneer twee tandwielen worden gebruikt, wordt over het algemeen het grotere tandwiel het wiel en het kleine rondsel genoemd.

Un tandwiel of tandrad Het is niets meer dan een soort wiel met een reeks tanden uitgehouwen aan de buiten- of binnenrand, afhankelijk van het type versnelling dat het is. Deze tandwielen zullen in roterende beweging zijn om koppel te genereren op de assen waaraan ze zijn bevestigd, en ze kunnen worden gegroepeerd om complexere tandwielsystemen te genereren, waarbij hun tanden op elkaar passen.

Om dat mogelijk te maken is het duidelijk het type en de grootte van de tanden moet overeenkomen. Anders zijn ze onverenigbaar en passen ze niet. Deze parameters worden besproken in de volgende sectie ...

Onderdelen van een versnelling

Om twee tandwielen in elkaar te laten passen, kunnen de diameter en het aantal tanden worden gevarieerd, maar ze moeten een reeks factoren respecteren die ervoor zorgen dat het tandwiel compatibel zijn met elkaar, zoals het type tand dat ze gebruiken, de afmetingen, enz.

Zoals je in de vorige afbeelding kunt zien, zijn er diverse onderdelen in een versnelling moet je weten:

• Septum of armen: het is het deel dat verantwoordelijk is voor het verbinden van de kroon en de kubus om de beweging over te brengen. Ze kunnen min of meer dik zijn en de samenstelling en sterkte zullen grotendeels afhangen van sterkte en gewicht. Soms worden ze meestal doorboord om het gewicht te verminderen, soms wordt er voor een stevige scheidingswand gekozen.
• Kubus: het is het deel waar de bewegingsoverbrengingsas is bevestigd en dat is bevestigd aan de scheidingswand.
• Corona: is het gebied van het tandwiel waar de tanden zijn doorgesneden. Het is het belangrijkste, omdat de compatibiliteit, het gedrag en de prestaties van de uitrusting ervan afhangen.
• Tand: het is een van de tanden of uitsteeksels van de kroon. De tand kan worden onderverdeeld in verschillende delen:
  • Kam: is het buitenste deel of de punt van de tand.
  • Gezicht en flank: is het bovenste en onderste deel van de zijkant van de tand, dat wil zeggen, het contactoppervlak tussen twee tandwielen die in elkaar grijpen.
  • Valle: het is het onderste deel van de tand of het tussengebied tussen twee tanden, waar de kam van een ander tandwiel waarmee het in aangrijpt zal worden ondergebracht.

Dit alles genereert een reeks van kroon geometrieën die de soorten en eigenschappen van tandwielen zullen onderscheiden:

• Wortelomtrek: markeert het dal of de onderkant van de tanden. Dat wil zeggen, het begrenst de binnendiameter van het tandwiel.
• primitieve omtrek: bepaalt de scheiding tussen de twee delen van de zijkant van de tand: gezicht en flank. Het is een zeer belangrijke parameter, omdat alle andere op basis daarvan worden gedefinieerd. Het verdeelt de tand in twee delen, het dedendum en het addendum.
  • Tandvoet of dedendum: het is het onderste gedeelte van de tand dat zich tussen de oorspronkelijke omtrek en de wortelomtrek bevindt.
  • Tandkop of addendum: bovenste gedeelte van de tand, dat van de oorspronkelijke omtrek en de buitenomtrek gaat.
• hoofdomtrek- markeert de top van de tanden, dat wil zeggen de buitendiameter van het tandwiel.

Zoals u zich kunt voorstellen, kunt u, afhankelijk van de kroon, diameter en soorten tanden, versnelling variëren volgens:

• Aantal tanden: het bepaalt de overbrengingsverhouding en is een van de meest bepalende parameters om zijn gedrag in een transmissiesysteem te bepalen.
• tand hoogte: de totale hoogte, van het dal tot de bergkam.
• circulaire stap: afstand tussen een deel van de tand en hetzelfde deel van de volgende tand. Dat wil zeggen, hoe ver de tanden uit elkaar staan, wat ook verband houdt met het aantal.
• Espesor: is de dikte van het tandwiel.

Versnellingstoepassingen

De versnelling toepassingen er zijn er veel, zoals ik al eerder heb opgemerkt. Enkele van de praktische toepassingen zijn:

• Versnellingsbakken van voertuigen.
• Stappenmotoren voor draaibesturing.
• Hydraulische bommen.
• Alle soorten motoren, zoals draaiende of bewegingsoverbrengingselementen.
• Differentiële mechanismen.
• Printers om de koppen of rollen te verplaatsen.
• Robots voor bewegende delen.
• Industriële machines.
• Analoge klokken.
• Huishoudelijke apparaten met mechanische onderdelen.
• Elektronische apparaten met bewegende delen.
• Motoren voor het openen van deuren.
• Mobiel speelgoed.
• Landbouwwerktuigen.
• Luchtvaart.
• Energieproductie (wind, thermisch, ...).
• enz.

U kunt een veelvoud aan andere toepassingen bedenken voor uw projecten met Arduino, robots, enz. Je kunt veel mechanismen automatiseren en spelen met snelheden, enz.

Soorten versnellingen

Volgens zijn tanden en de kenmerken van het tandwiel zelf, heb je: verschillende soorten versnellingen binnen handbereik, elk met zijn voor- en nadelen, dus het is belangrijk om voor elke toepassing de juiste te kiezen.

De meest voorkomende soorten zijn:

• Cilindrisch: worden gebruikt voor parallelle assen.
  • Hetero: ze zijn de meest voorkomende, gebruikt wanneer een eenvoudige versnelling met niet erg hoge snelheden nodig is.
  • spiraalvormig: ze zijn een wat geavanceerdere versie van de vorige. Daarin zijn de tanden gerangschikt in evenwijdige spiraalbanen rond een cilinder (enkel of dubbel). Ze hebben een duidelijk voordeel ten opzichte van rechte stukken, omdat ze stiller zijn, met hogere snelheden werken, meer kracht kunnen overbrengen en een meer uniforme en veilige beweging hebben.
• Conisch: ze worden gebruikt om beweging over te brengen tussen assen die onder verschillende hoeken zijn geplaatst, zelfs bij 90º.
  • Hetero: ze gebruiken rechte tanden en delen kenmerken met de rechte cilindrische tanden.
  • Spiraal: in dit geval ondersteunen ze hogere snelheden en krachten, zoals gebeurde met de spiraalvormige.
• Interne versnelling: in plaats van dat de tanden of kroon aan de buitenkant worden gesneden, hebben ze het aan de binnenkant. Ze komen niet zo vaak voor, maar worden ook voor bepaalde toepassingen gebruikt.
• Planetaria: het is een set tandwielen die wordt gebruikt in bepaalde transmissiesystemen met een centraal tandwiel waarrond andere kleinere draaien. Daarom heeft het die naam, omdat ze in een baan om de aarde lijken te draaien.
• Eindeloze schroef: het is een veelvoorkomend tandwiel in sommige industriële of elektronische mechanismen. Het maakt gebruik van een tandwiel waarvan de tanden in een spiraalvorm zijn gesneden. Ze genereren een zeer constante snelheid en zonder trillingen of geluid. Ze kunnen overgaan op een recht tandwiel waarvan de as schuin op de eindloze schroef staat.
• Tandheugel: het is een set tandwielen die ook in sommige mechanismen gebruikelijk is en waarmee een roterende beweging van een as kan worden omgezet in een lineaire beweging of omgekeerd.

Als je aanwezig bent op Zijn compositie, kunt u ook onderscheid maken tussen materialen zoals:

• MetalenZe zijn meestal gemaakt van verschillende soorten staal, koperlegeringen, aluminiumlegeringen, gietijzer of grijs gietijzer, magnesiumlegeringen, enz.
• plastic: gebruikt in elektronica, speelgoed, enz. Dit zijn tandwielen van polycarbonaat, polyamide of PVC, acetaalharsen, PEEK-polyetheretherketon, polytetrafluorethyleen (PTFE) en vloeibare kristalpolymeren (LCP).
• Madera: ze komen niet vaak voor, alleen in oude mechanismen of in bepaald speelgoed.
• anderen: het is aannemelijk dat voor zeer specifieke gevallen andere vezels of specifieke materialen worden gebruikt.

Waar versnellingen kopen?

U verschillende soorten tandwielen vinden in veel mechanische of elektronicawinkels. Hier zijn bijvoorbeeld enkele voorbeelden:

• Kunststof motor tandwielset. Met 64 verschillende soorten.
• Geen producten gevonden.
• Kit van 16 verschillende metalen onderdelen, inclusief spiralen.
• Kunststof spindel tandwielset.

Deze producten zijn klein van formaat, als u grotere tandwielen nodig heeft, zult u ze waarschijnlijk niet zo gemakkelijk vinden. En als je iets heel specifieks nodig hebt, kunnen veel turner-workshops dat ook maak het voor je. De 3D printers Ze helpen makers ook om hun eigen tandwielen te maken.

Basisberekeningen voor tandwielsystemen

Zoals je in deze GIF kunt zien, moet je begrijpen dat wanneer twee tandwielen in elkaar grijpen, beide assen zal in de tegenovergestelde richting draaien en niet in dezelfde zin. Zoals je kunt zien, als je naar de rode gekartelde straat kijkt, draait deze naar rechts, terwijl de blauwe naar links draait.

daarom om een ​​as in dezelfde richting te laten draaien het zou nodig zijn om nog een extra wiel toe te voegen, zoals het groene. Op die manier draaien rood en groen in dezelfde richting. Dit komt omdat, als blauw naar links wordt gedraaid, bij het inschakelen van blauw-groen, groen de draairichting weer omkeert, synchroon met rood.

Een ander ding dat kan worden gewaardeerd in die GIF is: draaisnelheid. Als alle tandwielen dezelfde diameter en hetzelfde aantal tanden hadden, zouden alle assen met dezelfde snelheid draaien. Aan de andere kant, wanneer het tandnummer / de diameter wordt gewijzigd, wordt ook de snelheid gewijzigd. Zoals je in dit geval kunt zien, is rood degene die het snelst draait, omdat het een kleinere diameter heeft, terwijl blauw met een gemiddelde snelheid draait en groen degene die het langzaamst draait.

In reactie hierop, het is mogelijk om te denken dat spelen met de maten de snelheden kunnen worden gewijzigd. Je hebt gelijk, net zoals een fiets het kan met de versnellingen of de versnellingsbak doet het met de overbrengingsverhoudingen van een auto. En dat niet alleen, je kunt ook berekeningen maken over de draaisnelheid.

Als je twee versnellingen in elkaar hebt gezet, één klein (rondsel) en een ander groot (wiel), kan het volgende gebeuren:

• Als we ons voorstellen dat de motor of tractie op het rondsel wordt uitgeoefend en het wiel wordt aangedreven, hoewel het rondsel met hoge snelheid roteert en een groter wiel heeft, zal het het vertragen en als een reductor. Alleen als ze even groot waren (rondsel = wiel) zouden beide assen met dezelfde snelheid ronddraaien.
• Aan de andere kant, als we ons voorstellen dat het het wiel is dat de tractie heeft en een snelheid wordt toegepast, zelfs als deze laag is, zal het rondsel sneller draaien, omdat het kleine formaat fungeert als vermenigvuldiger.

Tandwieloverbrenging berekeningen

Als je dit eenmaal hebt begrepen, kun je de berekeningen van een eenvoudig transmissiesysteem tussen twee versnellingen uitvoeren door de Formule:

N1 Z1 = N2 Z2

Waarbij Z het aantal tanden van tandwielen 1 en 2 is die in elkaar grijpen en N de rotatiesnelheid van de assen in RPM is (omwentelingen per minuut of omwentelingen per minuut). Voor voorbeeld bekijken, stel je dat voor in de GIF hierboven, om het te vereenvoudigen:

• Rood (aandrijving) = 4 tanden en de motor past een rotatiesnelheid toe op zijn as van 7 RPM.
• Blauw = 8 tanden
• Groen = 16 tanden

Als je de bocht in dit systeem wilt berekenen, moet je eerst de snelheid van het blauw berekenen:

4 7 = 8 z

z = 4 7/8

z = 3.5 tpm

Dat wil zeggen, de blauwe as zou draaien met 3.5 RPM, iets langzamer dan de 4 RPM van de rode. Als je de bocht van groen wilt berekenen, nu je de snelheid van blauw kent:

8 3.5 = 16 z

z = 8 3.5/16

z = 1.75

Zoals je kunt zien, zou groen draaien met 1.75 RPM, wat langzamer is dan blauw en groen. En wat zou er gebeuren als de motor zich op de groene as bevindt en het aandrijfwiel draait met 4 RPM, dan zou de rotatie 8 RPM zijn voor blauw, 16 RPM voor rood.

Hieruit volgt dat, wanneer het aandrijfwiel klein is, een lagere snelheid wordt bereikt op de laatste as, maar een grotere kracht. In het geval dat het grote wiel de tractie draagt, bereikt het kleine wiel een grotere snelheid, maar minder kracht. Omdat er vermogens of koppel anders? Kijk naar deze formule:

P = T

Waar P het door de as overgedragen vermogen in watt (W) is, is T het ontwikkelde koppel (Nm), ω de hoeksnelheid waarmee de as roteert (rad / s). Als het vermogen van de motor behouden blijft en het toerental wordt vermenigvuldigd of verlaagd, verandert ook T. Hetzelfde gebeurt als T constant wordt gehouden en het toerental wordt gevarieerd, dan verandert P.

U zult waarschijnlijk ook willen berekenen of een as roteert met X RPM, hoeveel deze lineair zou vooruitgaan, dat wil zeggen, de lineaire snelheid. Stel je bijvoorbeeld voor dat je in de rode een gelijkstroommotor hebt en op de groene as een wiel hebt geplaatst zodat een motor over een oppervlak beweegt. Hoe snel zou het gaan?

Om dit te doen, hoeft u alleen maar de omtrek van de gemonteerde band te berekenen. Om dit te doen, vermenigvuldigt u de diameter met Pi en u krijgt de omtrek. Weten wat het wiel met elke draai kan vooruitgaan en rekening houdend met welke bochten elke minuut, kan de lineaire snelheid worden verkregen ...

Hier laat ik je een video zien zodat je dit op een betere manier kunt begrijpen:

Berekeningen voor worm en tandwiel

Wat betreft wormwiel en tandwiel, kan worden berekend met de formule:

ik = 1 / Z

Dit is zo omdat de schroef in dit systeem wordt beschouwd als een tandwiel met één tand dat spiraalvormig is gesneden. Dus als je bijvoorbeeld een tandwiel met 60 tanden hebt, dan is het 1/60 (dit betekent dat de schroef 60 keer zou moeten draaien om het tandwiel 1 slag te laten maken). Bovendien is het een mechanisme dat niet omkeerbaar is zoals andere, dat wil zeggen dat het tandwiel niet kan worden gedraaid zodat de worm draait, alleen de worm kan hier de aandrijfas zijn.

Reken- en rondselberekeningen

Voor het systeem: Tandheugel, de berekeningen veranderen weer, in dit geval zijn ze:

V = (p Z N) / 60

Dat wil zeggen, vermenigvuldig de spoed van de rondseltanden (in meters), met het aantal rondseltanden en met het aantal rondselomwentelingen (in RPM). En dat is gedeeld door 60. Stel je bijvoorbeeld voor dat je een systeem hebt met een rondsel met 30 tanden, een spoed van 0.025 m en een centrifugeersnelheid van 40 RPM:

V = (0.025) / 30

V = 0.5 m / s

Dat wil zeggen, het zou elke seconde een halve meter vooruitgaan. En in dit geval ja het is omkeerbaarDat wil zeggen, als de tandheugel in langsrichting wordt bewogen, kan het rondsel roteren.

Je zou zelfs kunnen berekenen hoe lang het zou duren om een ​​afstand af te leggen door de formule te gebruiken voor uniforme lijnbeweging (v = d / t), dat wil zeggen, als de snelheid gelijk is aan de afstand gedeeld door de tijd, dan wordt de tijd gewist:

t = d / v

Dus, als je al de snelheid en afstand kent die je wilt berekenen, stel je voor dat je wilt berekenen hoe lang het zou duren om 1 meter af te leggen:

t = 1 / 0.5

t = 2 seconden

Ik hoop dat ik je heb geholpen om op zijn minst de meest essentiële kennis over tandwielen te krijgen, zodat je begrijpt hoe ze werken en hoe je ze in je toekomstige projecten in je voordeel kunt gebruiken.