Przekładnie: wszystko, co musisz wiedzieć o tych kołach zębatych

L koła zębate Znajdują się one w wielu współczesnych mechanizmach, od zegarów analogowych, przez silniki pojazdów, skrzynie biegów, przez roboty, drukarki i wiele innych systemów mechatronicznych. Dzięki nim można tworzyć układy transmisyjne i wykraczać poza przekazywanie ruchu, mogą go również zmieniać.

Dlatego są to bardzo ważne elementy, które powinieneś wiedzieć, jak one działają Prawidłowo. W ten sposób możesz użyć odpowiednich przekładni do swoich projektów i lepiej zrozumieć, jak działają ...

Co to jest bieg?

Istnieją systemy łańcuchowe, systemy kół pasowych, koła cierne itp. Wszyscy systemy transmisyjne z jego zaletami i wadami. Ale spośród nich wszystkich wyróżnia się system przekładni, który zwykle jest faworytem ze względu na swoje właściwości:

Dzięki uzębieniu mogą wytrzymać duże siły bez poślizgu, jak to ma miejsce w przypadku kół lub krążków ciernych.
Jest to system odwracalny, zdolny do przenoszenia mocy lub ruchu w obu kierunkach.
Pozwalają na bardzo precyzyjną kontrolę ruchu, co widać na silniki krokowe, Na przykład.
Pozwalają na tworzenie kompaktowych układów przeniesienia napędu przed łańcuchami lub kołami pasowymi.
Różne rozmiary można łączyć, aby zakłócać obrót każdej osi. Ogólnie rzecz biorąc, gdy używane są dwie zębatki, większe koło zębate nazywa się kołem i małym zębnikiem.

Un bieg lub koło zębate to nic innego jak rodzaj koła z szeregiem zębów wyrzeźbionych na zewnętrznej lub wewnętrznej krawędzi, w zależności od rodzaju przekładni. Te koła zębate będą w ruchu obrotowym, aby generować moment obrotowy na wałach, do których są przymocowane, i można je grupować, aby generować bardziej złożone układy zębate, dopasowując do siebie zęby.

Oczywiście, aby to było możliwe, rodzaj i wielkość zębów musi pasować. W przeciwnym razie będą niezgodne i nie będą pasować. Parametry te omówiono w następnym rozdziale...

Części przekładni

Aby dwa koła zębate pasowały do siebie, można zmieniać średnicę i liczbę zębów, ale muszą one uwzględniać szereg czynników, które składają się na koło zębate być kompatybilne ze sobą, takich jak rodzaj używanego zęba, wymiary itp.

Jak widać na poprzednim obrazku, są kilka części w biegu, który powinieneś wiedzieć:

Przegroda lub ramiona: jest to część odpowiedzialna za połączenie korony i sześcianu w celu przekazywania ruchu. Mogą być mniej lub bardziej grube, a ich skład i wytrzymałość będą w dużej mierze zależeć od wytrzymałości i wagi. Czasami są one zwykle przebijane w celu zmniejszenia wagi, innym razem wybierana jest solidna przegroda.
Cube: jest to część, do której przymocowany jest wał napędowy i która jest przymocowana do przegrody.
Korona: to obszar koła zębatego, w którym zostały wycięte zęby. Jest to najważniejsze, ponieważ od tego będzie zależeć kompatybilność, zachowanie i wydajność sprzętu.
Ząb: to jeden z zębów lub występów korony. Ząb można podzielić na kilka części:
- Herb: to zewnętrzna część lub wierzchołek zęba.
- Twarz i bok: to górna i dolna część boku zęba, czyli powierzchnia styku między dwoma kołami zębatymi, które się zazębiają.
- Valle: jest to dolna część zęba lub obszar pośredni między dwoma zębami, w którym będzie osadzony czubek innego koła zębatego, z którym się zazębia.

Wszystko to generuje serię geometrie korony które rozróżnią rodzaje i właściwości kół zębatych:

Obwód korzenia: zaznacza dolinę lub spód zębów. Oznacza to, że ogranicza wewnętrzną średnicę koła zębatego.
Pierwotny obwód: ustala podział między dwiema częściami boku zęba: twarzą i bokiem. Jest to bardzo ważny parametr, ponieważ na jego podstawie definiuje się wszystkie pozostałe. Podzieli ząb na dwie części, dedendum i addendum.
- Stopa zęba lub dedendum: to dolna część zęba znajdująca się pomiędzy pierwotnym obwodem a obwodem korzenia.
- Głowa zęba lub dodatek: górna część zęba, która wychodzi z pierwotnego obwodu i zewnętrznego obwodu.
Obwód głowy- zaznaczy grzebień zębów, czyli zewnętrzną średnicę koła zębatego.

Jak możesz sobie wyobrazić, w zależności od korony, średnicy i rodzaju zębów możesz zmieniać bieg według:

Liczba zębów: określi przełożenie skrzyni biegów i jest jednym z najważniejszych parametrów określających jego zachowanie w układzie napędowym.
Wysokość zęba: całkowita wysokość, od doliny do grzbietu.
Okrągły krok: odległość między jedną częścią zęba a tą samą częścią następnego zęba. To znaczy, jak daleko od siebie są zęby, co jest również związane z liczbą.
Grubość: to grubość koła zębatego.

Aplikacje przekładni

Te aplikacje przekładni jest ich wiele, jak już wcześniej skomentowałem. Niektóre z jego praktycznych zastosowań to:

Skrzynie biegów pojazdów.
Silniki krokowe do sterowania obrotem.
Bomby hydrauliczne.
Silniki wszelkiego rodzaju, takie jak elementy obrotowe czy przenoszące ruch.
Mechanizmy różnicowe.
Drukarki do przesuwania głowic lub rolek.
Roboty do ruchomych części.
Maszyny przemysłowe.
Zegary analogowe.
Sprzęt AGD z częściami mechanicznymi.
Urządzenia elektroniczne z ruchomymi częściami.
Silniki do otwierania drzwi.
Zabawki mobilne.
Maszyny rolnicze.
Aeronautyka.
Produkcja energii (wiatr, ciepło, ...).
itd.

Możesz pomyśleć o wielu innych aplikacjach do swoich projektów z Arduino, robotami itp. Możesz zautomatyzować wiele mechanizmów i bawić się prędkościami itp.

Rodzaje narzędzi

Zgodnie z jego zębami i charakterystyką samego sprzętu, masz różne rodzaje biegów na wyciągnięcie ręki, każda ze swoimi zaletami i wadami, dlatego ważne jest, aby wybrać odpowiedni do każdego zastosowania.

L najczęstsze typy dźwięk:

Cylindryczny: są używane dla osi równoległych.
- Prosto: są najczęściej używane, gdy potrzebny jest prosty bieg o niezbyt dużych prędkościach.
- Śrubowaty: są nieco bardziej zaawansowaną wersją poprzednich. W nich zęby są ułożone w równoległe spiralne ścieżki wokół cylindra (pojedynczego lub podwójnego). Mają wyraźną przewagę nad liniami prostymi, na przykład są cichsze, działają z większymi prędkościami, mogą przenosić więcej mocy i mają bardziej równomierny i bezpieczny ruch.
Stożkowy: służą do przenoszenia ruchu pomiędzy osiami umieszczonymi pod różnymi kątami, nawet pod kątem 90º.
- Prosto: używają prostych zębów i mają wspólne cechy z prostymi cylindrycznymi.
- Spirala: w tym przypadku obsługują większe prędkości i siły, jak to miało miejsce w przypadku spiral.
Przekładnia wewnętrzna: zamiast zębów lub korony wyrzeźbionych na zewnątrz, mają je wewnątrz. Nie są tak powszechne, ale są również używane w niektórych zastosowaniach.
Planetaria: jest to zestaw kół zębatych stosowanych w niektórych układach przeniesienia napędu, w których znajduje się centralne koło zębate, wokół którego obracają się inne mniejsze. Dlatego ma taką nazwę, ponieważ wydają się krążyć po orbicie.
Niekończąca się śruba: jest to powszechny sprzęt w niektórych mechanizmach przemysłowych lub elektronicznych. Wykorzystuje przekładnię, której zęby są wycięte w spiralny kształt. Generują bardzo stałą prędkość, bez wibracji i hałasu. Mogą przenosić się na proste koło zębate, którego oś jest ukośnie do ślimaka bez końca.
Zębatka i zębnik: jest to zestaw kół zębatych, który jest również powszechny w niektórych mechanizmach i który umożliwia przekształcenie ruchu obrotowego osi w ruch liniowy lub odwrotnie.

Jeśli uczęszczasz do Jego kompozycja, można również rozróżnić materiały, takie jak:

Metale: wykonywane są zwykle z różnych rodzajów stali, stopów miedzi, stopów aluminium, żeliwa lub żeliwa szarego, stopów magnezu itp.
Tworzywa sztuczne: są używane w elektronice, zabawkach itp. Są to koła zębate z poliwęglanu, poliamidu lub PVC, żywice acetalowe, polieteroeteroketon PEEK, politetrafluoroetylen (PTFE) i polimery ciekłokrystaliczne (LCP).
Madera: nie są powszechne, tylko w starych mechanizmach lub w niektórych zabawkach.
inni: prawdopodobnie w bardzo szczególnych przypadkach stosowane są inne włókna lub określone materiały.

Gdzie kupić koła zębate?

Państwo znajdź różne rodzaje biegów w wielu sklepach mechanicznych lub elektronicznych. Na przykład oto kilka przykładów:

Te produkty są niewielkich rozmiarów, jeśli potrzebujesz większych narzędzi, prawdopodobnie nie znajdziesz ich tak łatwo. Ponadto, jeśli potrzebujesz czegoś bardzo konkretnego, wiele warsztatów tokarskich może: zrobić to dla ciebie. drukarki 3D pomagają także twórcom tworzyć własne koła zębate.

Podstawowe obliczenia dla systemów kół zębatych

Jak widać na tym GIF-ie, musisz zrozumieć, że kiedy dwa koła zębate się zazębiają, obie osie obróci się w przeciwnym kierunku a nie w tym samym sensie. Jak widać, jeśli spojrzysz na czerwoną poszarpaną rutę, skręca ona w prawo, podczas gdy niebieska skręca w lewo.

dlatego aby oś obracała się w tym samym kierunku konieczne byłoby dodanie kolejnego dodatkowego koła, np. zielonego. W ten sposób czerwony i zielony obracają się w tym samym kierunku. Dzieje się tak, ponieważ niebieski obrócony w lewo, po włączeniu niebiesko-zielony, zielony ponownie odwróci kierunek obrotu, synchronizując się z czerwonym.

Kolejną rzeczą, którą można docenić w tym GIF-ie, jest prędkość skręcania. Gdyby wszystkie koła zębate miały tę samą średnicę i liczbę zębów, wszystkie wały obracałyby się z tą samą prędkością. Z drugiej strony, gdy zmienia się liczba / średnica zęba, zmienia się również prędkość. Jak widać w tym przypadku, czerwony to ten, który kręci się najszybciej, ponieważ ma mniejszą średnicę, podczas gdy niebieski kręci się ze średnią prędkością, a zielony to ten, który kręci się najwolniej.

W odpowiedzi na to można pomyśleć, że bawiąc się rozmiarami, prędkości można zmienić. Masz rację, tak jak rower może to robić z biegami, a skrzynia biegów robi to z przełożeniami samochodu. I nie tylko to, możesz również wykonać obliczenia dotyczące prędkości skrętu.

Kiedy masz dwa zazębione koła zębate, jeden mała (zębatka) i druga duża (koło), mogą wystąpić następujące zdarzenia:

Jeśli wyobrazimy sobie, że silnik lub trakcja jest przyłożona do zębnika i koło jest napędzane, chociaż zębnik obraca się z dużą prędkością, mając większe koło, spowolni je działając jak reduktor. Tylko gdyby były tego samego rozmiaru (zębnik = koło), obie osie obracałyby się z tą samą prędkością.
Z drugiej strony, jeśli wyobrazimy sobie, że to koło ma przyczepność i jest do niego przyłożona prędkość, nawet jeśli jest niska, zębnik będzie się obracał szybciej, ponieważ jego mały rozmiar działa jak mnożnik.

Obliczenia przekładni zębatej

Gdy już to zrozumiesz, możesz wykonać obliczenia prostego układu przeniesienia napędu między dwoma biegami, stosując Formuła:

N1 Z1 = N2 Z2

Gdzie Z to liczba zębów kół zębatych 1 i 2, które są zazębione, a N to prędkość obrotowa wałów w RPM (obrotach na minutę lub obrotach na minutę). Dla ejemplo, wyobraź sobie, że w powyższym GIF-ie, aby uprościć:

Czerwony (napęd) = 4 zęby, a silnik pracuje z prędkością obrotową na wale 7 obr./min.
Niebieski = 8 zębów
Zielony = 16 zębów

Jeśli chcesz obliczyć zakręt w tym systemie, musisz najpierw obliczyć prędkość niebieskiego:

4 7 = 8 z

z = 4 7/8

z = 3.5 obr/min

Oznacza to, że niebieski wałek obracałby się z prędkością 3.5 obr./min, nieco wolniej niż 4 obr./min z czerwonego. Jeśli chciałbyś obliczyć zwrot zielonego, teraz, gdy znasz prędkość niebieskiego:

8 3.5 = 16 z

z = 8 3.5/16

z = 1.75

Jak widać, zielony obracałby się z prędkością 1.75 obr./min, czyli wolniej niż niebieski i zielony. A co by się stało, gdyby silnik znajdował się na zielonej osi, a koło napędowe obracało się z prędkością 4 obr/min, to obroty wyniosłyby 8 obr/min dla niebieskiego, 16 obr/min dla czerwonego.

Wynika z tego, że gdy koło napędowe jest małe, na końcowym wale osiągana jest mniejsza prędkość, ale większa siła. W przypadku, gdy to duże koło przenosi przyczepność, małe koło osiąga większą prędkość, ale mniejszą siłę. Ponieważ tam moce lub moment obrotowy różne? Spójrz na tę formułę:

P = T ω

Gdzie P jest mocą przenoszoną przez wał w watach (W), T jest rozwiniętym momentem obrotowym (Nm), ω prędkość kątowa, z jaką obraca się wał (rad / s). Jeśli moc silnika jest utrzymywana, a prędkość obrotowa jest zwielokrotniona lub zmniejszona, wówczas zmienia się również T. To samo dzieje się, gdy T jest utrzymywane na stałym poziomie, a prędkość jest zmieniana, wtedy zmienia się P.

Prawdopodobnie chcesz również obliczyć, czy oś obraca się z prędkością X obr./min, o ile przesunęłaby się liniowo, czyli prędkość liniowa. Na przykład wyobraź sobie, że w czerwonej masz silnik prądu stałego, a na zielonej osi umieściłeś koło, aby silnik poruszał się po powierzchni. Jak szybko by to poszło?

Aby to zrobić, wystarczy obliczyć obwód opony, którą zainstalowałeś. Aby to zrobić, pomnóż średnicę przez Pi, a otrzymasz obwód. Wiedząc, co koło może się posuwać z każdym zakrętem i biorąc pod uwagę, jakie obroty co minutę, można uzyskać prędkość liniową ...

Tutaj pokazuję wideo, abyś mógł to lepiej zrozumieć:

Obliczenia dla przekładni ślimakowej i koła zębatego

Jeśli chodzi przekładnia ślimakowa i zębatka, można obliczyć ze wzoru:

i = 1 / Z

Dzieje się tak, ponieważ śruba jest w tym systemie traktowana jako jedno koło zębate, które zostało nacięte spiralnie. Jeśli więc masz na przykład koło zębate o 60 zębach, będzie to 1/60 (oznacza to, że śruba musiałaby się obrócić 60 razy, aby koło zębate wykonało 1 obrót). Dodatkowo jest to mechanizm, który nie jest odwracalny jak inne, czyli koło zębate nie może się obracać tak aby ślimak się obracał, tylko ślimak może być tutaj wałkiem napędowym.

Obliczenia zębatki i zębnika

Dla systemu zębatka i zębnik, obliczenia znów się zmieniają, w tym przypadku są to:

V = (p Z N) / 60

Oznacza to pomnożenie skoku zębów zębnika (w metrach), przez liczbę zębów zębnika i przez liczbę obrotów zębnika (w obr./min). A to jest podzielone przez 60. Na przykład wyobraź sobie, że masz system z 30-zębnym zębnikiem, skokiem 0.025 m i prędkością wirowania 40 obr./min:

V = (0.025) / 30

V = 0.5 m / s

Oznacza to, że co sekundę przesuwałby się o pół metra. I w tym przypadku tak, to jest odwracalneOznacza to, że jeśli zębatka jest przesuwana wzdłużnie, koło zębate może się obracać.

Możesz nawet obliczyć, ile czasu zajmie pokonanie odległości, biorąc pod uwagę wzór na jednolity ruch linii (v = d / t), to znaczy, jeśli prędkość jest równa odległości podzielonej przez czas, czas jest wyczyszczony:

t = d / v

Dlatego, znając już np. prędkość i odległość, którą chcesz obliczyć, wyobraź sobie, że chcesz obliczyć, ile czasu zajęłoby przejechanie 1 metra:

t = 1 / 0.5

t = 2 sekundy

Mam nadzieję, że pomogłem Ci zdobyć przynajmniej najistotniejszą wiedzę na temat kół zębatych, abyś zrozumiał, jak działają i jak możesz je wykorzystać na swoją korzyść w przyszłych projektach.

Hardwarelibre

Koła zębate: wszystko, co musisz wiedzieć o tych zębatkach