Gears: alt du trenger å vite om disse tannhjulene

den tannhjul De befinner seg i en rekke nåværende mekanismer, fra analoge klokker til kjøretøymotorer, girkasser, gjennom roboter, skrivere og mange andre mekatroniske systemer. Takket være dem kan overføringssystemer lages og gå utover å sende bevegelse, de kan også endre det.

Derfor er de veldig viktige elementer som du burde vite hvordan de fungerer Riktig. På den måten kan du bruke de riktige girene til prosjektene dine og bedre forstå hvordan de fungerer ...

Hva er et utstyr?

Det er kjedesystemer, remskivesystemer, friksjonshjul osv. Alle sammen overføringssystemer med fordeler og ulemper. Men av dem alle skiller girsystemet seg ut, som vanligvis er favoritter for deres egenskaper:

• De tåler store krefter på grunn av tennene uten å skli, slik det kan skje med friksjonshjul eller remskiver.
• Det er et reversibelt system som kan overføre kraft eller bevegelse i begge retninger.
• De tillater veldig presis bevegelseskontroll, som det fremgår av trinnmotorer, for eksempel.
• De gjør det mulig å lage kompakte overføringssystemer mot kjeder eller remskiver.
• Ulike størrelser kan kombineres for å forstyrre rotasjonen av hver akse. Vanligvis, når to tannhjul brukes, kalles det større giret hjulet og det lille tannhjulet.

Un utstyr eller tannhjul Det er ikke noe annet enn en type hjul med en rekke tenner hugget på ytre eller indre kant, avhengig av hvilken type utstyr det er. Disse tannhjulene vil være i rotasjonsbevegelse for å generere dreiemoment på akslene de er festet til, og de kan grupperes sammen for å generere mer komplekse girsystemer som passer tennene sammen.

Åpenbart for at det skal være mulig, tennens type og størrelse må samsvare. Ellers vil de være inkompatible og vil ikke passe. Disse parametrene er de som blir diskutert i neste avsnitt ...

Deler av et utstyr

For at to tannhjul skal passe sammen, kan diameteren og antall tenner variere, men de må respektere en rekke faktorer som er det som gjør utstyret være kompatible med hverandre, for eksempel hvilken type tann de bruker, dimensjoner osv.

Som du kan se på forrige bilde, er det flere deler i et utstyr du bør vite:

• Septum eller armer: det er den delen som har ansvaret for å bli sammen med kronen og kuben for å overføre bevegelsen. De kan være mer eller mindre tykke, og dens sammensetning og styrke vil i stor grad avhenge av styrke og vekt. Noen ganger blir de vanligvis gjennomboret for å redusere vekten, andre ganger velges en solid skillevegg.
• Cube: det er den delen der bevegelsesoverføringsakselen er koblet og som er festet til skilleveggen.
• Corona: er området av giret der tennene er kuttet. Det er det viktigste, siden utstyrets kompatibilitet, oppførsel og ytelse vil avhenge av det.
• Tann: det er en av tennene eller fremspringene på kronen. Tannen kan deles inn i flere deler:
  • Crest: er den ytre delen eller spissen av tannen.
  • Ansikt og flanke: er den øvre og nedre delen av siden av tannen, det vil si kontaktflaten mellom to tannhjul som griper inn.
  • Valle: det er den nedre delen av tannen eller mellomområdet mellom to tenner, der toppen av et annet tannhjul som den passer sammen med, skal være plassert.

Alt dette genererer en serie krone geometrier som skiller typer og egenskaper til gir:

• Rotomkrets: markerer dalen eller bunnen av tennene. Det vil si at den avgrenser girets innvendige diameter.
• Primitiv omkrets: etablerer skillet mellom de to delene av tannens side: ansikt og flanke. Det er en veldig viktig parameter, siden alle de andre er definert ut fra den. Den vil dele tannen i to deler, dedikasjonen og addendumet.
  • Tannfot eller dedendum: det er det nedre området av tannen som er mellom den opprinnelige omkretsen og rotomkretsen.
  • Tannhode eller tillegg: øvre område av tannen, som går fra den opprinnelige omkretsen og den ytre omkretsen.
• Hodeomkrets- vil markere tannkammen, det vil si utstyrets ytre diameter.

Som du kan forestille deg, avhengig av krone, diameter og typer tenner, kan du variere utstyr i henhold:

• Antall tenner: det vil definere girforholdet og er en av de mest avgjørende parametrene for å bestemme oppførselen i et overføringssystem.
• Tannhøyde: total høyde, fra dalen til åsen.
• Sirkulært trinn: avstand mellom en del av tannen og den samme delen av den neste tannen. Det vil si hvor langt tennene er fra hverandre, noe som også er relatert til antallet.
• Espesor: er tykkelsen på utstyret.

Gear-applikasjoner

Las girapplikasjoner det er mange, som jeg allerede har kommentert tidligere. Noen av dens praktiske anvendelser er:

• Girkasser til kjøretøy.
• Stepper motorer for svingkontroll.
• Hydrauliske bomber.
• Motorer av alle slag, slik som dreie- eller bevegelsesoverføringselementer.
• Differensielle mekanismer.
• Skrivere for å flytte hodene eller rullene.
• Roboter for bevegelige deler.
• Industrielle maskiner.
• Analoge klokker.
• Husholdningsapparater med mekaniske deler.
• Elektroniske enheter med bevegelige deler.
• Døråpningsmotorer.
• Mobile leker.
• Landbruksmaskiner.
• Luftfart.
• Energiproduksjon (vind, termisk, ...).
• og så videre

Du kan tenke på en rekke andre applikasjoner for prosjektene dine med Arduino, roboter, etc. Du kan automatisere mange mekanismer og spille med hastigheter osv.

Typer gir

I henhold til tennene og egenskapene til selve utstyret, har du det forskjellige typer gir lett tilgjengelig, hver med sine fordeler og ulemper, så det er viktig å velge den rette for hver applikasjon.

den vanligste typene er:

• Sylindrisk: brukes til parallelle akser.
  • Rett: de er de vanligste, brukes når det er behov for et enkelt gir med ikke veldig høye hastigheter.
  • Helical: de er en noe mer avansert versjon av de forrige. I dem er tennene ordnet i parallelle spiralbaner rundt en sylinder (enkel eller dobbel). De har en klar fordel i forhold til strekninger, for eksempel å være roligere, operere ved høyere hastigheter, kan overføre mer kraft og ha en mer jevn og sikker bevegelse.
• Konisk: de brukes til å overføre bevegelse mellom akser plassert i forskjellige vinkler, selv i 90º.
  • Rett: de bruker rette tenner og deler egenskaper med de rette sylindriske.
  • Spiral: i dette tilfellet støtter de høyere hastigheter og krefter, slik det skjedde med spiralformede.
• Internt utstyr: i stedet for å ha tennene eller kronen utskåret på utsiden, har de den på innsiden. De er ikke like vanlige, men de brukes også til visse applikasjoner.
• Planetarier: det er et sett med tannhjul som brukes i visse overføringssystemer der det er et sentralt gir som andre mindre roterer rundt. Det er derfor det har det navnet, siden de ser ut til å være i bane.
• Uendelig skrue: det er et vanlig utstyr i noen industrielle eller elektroniske mekanismer. Den bruker et utstyr der tennene er kuttet i en spiralform. De genererer en veldig konstant hastighet og uten vibrasjoner eller støy. De kan overføre til et rett tannhjul hvis akse er skrått mot den endeløse skruen.
• Stativ og tannhjul: det er et sett med gir som også er vanlig i noen mekanismer, og som gjør det mulig å omdanne en roterende bevegelse av en akse til en lineær bevegelse eller omvendt.

Hvis du tar vare på Hans komposisjon, kan du også skille mellom materialer som:

• MetallerDe er vanligvis laget av forskjellige typer stål, kobberlegeringer, aluminiumslegeringer, støpejern eller grå støpejern, magnesiumlegeringer, etc.
• Plast: brukes i elektronikk, leker, etc. De er polykarbonat-, polyamid- eller PVC-tannhjul, acetalharpikser, PEEK-polyetereterketon, polytetrafluoretylen (PTFE) og flytende krystallpolymerer (LCP).
• Madera: de er ikke vanlige, bare i gamle mekanismer eller i visse leker.
• andre: det er sannsynlig at det i veldig spesifikke tilfeller brukes andre fibre eller spesifikke materialer.

Hvor kan jeg kjøpe tannhjul?

Du finne forskjellige typer gir i mange mekaniske butikker eller elektronikkbutikker. Her er for eksempel noen eksempler:

• Motorutstyrssett av plast. Med 64 forskjellige typer.
• Ingen produkter funnet.
• Kit med 16 forskjellige metalldeler, inkludert spiralformede.
• Plastspindelutstyrssett.

Disse produktene er små i størrelse. Hvis du trenger større gir, er det sannsynlig at du ikke finner dem så lett. Også, hvis du trenger noe veldig spesifikt, kan mange turner-workshops lag det for deg. Den Skrivere 3D De hjelper også produsenter med å lage sine egne gir.

Grunnleggende beregninger for tannhjulssystemer

Som du kan se i denne GIF-en, må du forstå at begge aksene når to gir gir seg vil rotere i motsatt retning og ikke i samme forstand. Som du ser, hvis du ser på den røde takkede rue, snur den mot høyre, mens den blå dreier mot venstre.

derfor, for at en akse skal rotere i samme retning det ville være nødvendig å legge til et ekstra hjul, for eksempel det grønne. På den måten roterer rødt og grønt i samme retning. Dette skyldes at når blått roteres mot venstre, når grønt blågrønt går inn, vil grønt reversere rotasjonsretningen igjen og synkronisere med rødt.

En annen ting som kan verdsettes i den GIF er snuhastighet. Hvis alle tannhjulene hadde samme diameter og antall tenner, ville alle akslene rotere med samme hastighet. På den annen side, når tannnummeret / diameteren endres, endres også hastigheten. Som du kan se i dette tilfellet er rød den som snurrer raskest, siden den har en mindre diameter, mens blå snurrer med middels hastighet og grønn er den som snurrer sakte.

Som svar på dette, det er mulig å tenke at å leke med størrelsene hastighetene kan endres. Du har rett, akkurat som en sykkel kan gjøre det med girene eller girkassen gjør det med girforholdene til en bil. Og ikke bare det, du kan også gjøre beregninger på svinghastigheten.

Når du har to gir sammenkoblet, ett liten (tannhjul) og en annen stor (hjul), kan følgende oppstå:

• Hvis vi forestiller oss at motoren eller trekkraften påføres tannhjulet og hjulet drives, selv om tannhjulet roterer i høy hastighet og har et større hjul, vil det bremse det og fungere som reductor. Bare hvis de hadde samme størrelse (tannhjul = hjul), ville begge akslene rotere med samme hastighet.
• På den annen side, hvis vi forestiller oss at det er hjulet som har trekkraft og en hastighet blir brukt, selv om det er lavt, vil tannhjulet snu raskere, siden den lille størrelsen fungerer som multiplikator.

Giroverføringsberegninger

Når du har forstått dette, kan du utføre beregningene av et enkelt overføringssystem mellom to gir ved å bruke formelen:

N1 Z1 = N2 Z2

Hvor Z er antall tenner av tannhjul 1 og 2 som er masket sammen, og N er akselens rotasjonshastighet i RPM (omdreininger per minutt eller omdreininger per minutt). Til ejemplo, forestill deg at i GIF ovenfor, for å forenkle:

• Rød (drive) = 4 tenner, og motoren bruker en rotasjonshastighet på akselen på 7 RPM.
• Blå = 8 tenner
• Grønn = 16 tenner

Hvis du vil beregne svingen i dette systemet, må du først beregne hastigheten til det blå:

4 7 = 8 z

z = 4 7/8

z = 3.5 RPM

Det vil si at den blå aksen ville dreie ved 3.5 RPM, noe langsommere enn 4 RPM for den røde. Hvis du ønsket å beregne den grønne svingen, nå som du vet hastigheten på blått:

8 3.5 = 16 z

z = 8 3.5/16

z = 1.75

Som du kan se, ville grønt snurre med 1.75 RPM, som er tregere enn blått og grønt. Og hva ville skje hvis motoren befinner seg på den grønne aksen og drivhjulet roterer med 4 o / min, så vil rotasjonen være 8 o / min for blått, 16 o / min for rødt.

Det følger således at når drivhjulet er lite, oppnås en lavere hastighet på den endelige akselen, men større kraft. I tilfelle det er det store hjulet som bærer trekkraften, oppnår det lille hjulet større hastighet, men mindre kraft. Fordi der krefter eller dreiemoment annerledes? Se på denne formelen:

P = T ω

Der P er kraften som overføres av akselen i watt (W), er T det utviklede dreiemomentet (Nm), ω vinkelhastigheten som akselen roterer med (rad / s). Hvis motorens kraft opprettholdes og rotasjonshastigheten multipliseres eller reduseres, endres også T. Det samme skjer hvis T holdes konstant og hastigheten varieres, så blir P endret.

Du vil sannsynligvis også ønske å beregne om en akse roterer ved X RPM, hvor mye den vil gå fremover lineært, det vil si lineær hastighet. Tenk deg for eksempel at i den røde har du en DC-motor og på den grønne aksen har du plassert et hjul slik at en motor beveger seg på en overflate. Hvor fort ville det gå?

For å gjøre dette er det bare å beregne omkretsen på dekket du har montert. For å gjøre dette må du multiplisere diameteren med Pi, og det vil gi deg omkretsen. Å vite hva hjulet kan gå videre med hver sving og ta hensyn til hva som snur hvert minutt, kan den lineære hastigheten oppnås ...

Her viser jeg deg en video slik at du kan forstå dette på en bedre måte:

Beregninger for orm og tannhjul

Som til snekkedrev og tannhjul, kan beregnes med formelen:

i = 1 / Z

Dette skyldes at skruen i dette systemet betraktes som et enkelt tannhjul som er kuttet i spiralform. Så hvis du for eksempel har et tannhjul med 60 tenner, vil det være 1/60 (dette betyr at skruen må snu 60 ganger for at tannhjulet skal fullføre 1 omdreining). I tillegg er det en mekanisme som ikke er reversibel som andre, det vil si at tannhjulet ikke kan dreies slik at ormen roterer, bare ormen kan være drivakselen her.

Rack and pinion beregninger

For systemet Tannstang, beregningene endres igjen, i dette tilfellet er de:

V = (p Z N) / 60

Dvs. multipliserer stigningen til tannhjulstennene (i meter), med antall tannhjulstenner og med antall tannhjulssvingninger (i turtall). Og det er delt med 60. Tenk deg for eksempel at du har et system med et tannhjul på 30 tenner, en stigning på 0.025 meter og en rotasjonshastighet på 40 RPM:

V = (0.025) / 30

V = 0.5 m / s

Det vil si at den ville gå en halv meter hvert sekund. Og i dette tilfellet, ja det er reversibeltDet vil si at hvis stativet beveges i lengderetningen, kan tannhjulet bringes til å rotere.

Du kan til og med beregne hvor lang tid det vil ta å reise en avstand ved å vurdere formelen for ensartet linjebevegelse (v = d / t), det vil si at hvis hastigheten er lik avstanden delt på tid, blir tiden ryddet:

t = d / v

Derfor, hvis du allerede vet hastigheten og avstanden du vil beregne, kan du for eksempel forestille deg at du vil beregne hvor lang tid det vil ta å reise 1 meter:

t = 1 / 0.5

t = 2 sekunder

Jeg håper jeg har hjulpet deg med å skaffe deg minst den viktigste kunnskapen om tannhjul, slik at du forstår hvordan de fungerer og hvordan du kan bruke dem til din fordel i fremtidige prosjekter.