Angrenaje: tot ce trebuie să știți despre aceste pinioane

L unelte Acestea se află într-o multitudine de mecanisme actuale, de la ceasuri analogice, la motoare de vehicule, cutii de viteze, prin roboți, imprimante și multe alte sisteme mecatronice. Datorită acestora, sistemele de transmisie pot fi realizate și pot depăși mișcarea de transmisie, de asemenea, o pot modifica.

Prin urmare, ele sunt elemente foarte importante care ar trebui să știți cum funcționează Corect. În acest fel, puteți utiliza uneltele potrivite pentru proiectele dvs. și puteți înțelege mai bine cum funcționează ...

Ce este un angrenaj?

Există sisteme de lanț, sisteme de scripete, roți de frecare etc. Toti sisteme de transmisie cu avantajele și dezavantajele sale. Dar, dintre toate, se remarcă sistemul de angrenaje, care sunt de obicei preferate pentru proprietățile lor:

• Ele pot rezista la forțe mari din cauza dinților fără a aluneca, așa cum se poate întâmpla cu roțile de frecare sau cu scripetele.
• Este un sistem reversibil, capabil să transmită putere sau mișcare în ambele direcții.
• Permit un control foarte precis al mișcării, așa cum se poate vedea în motoare pas cu pas, de exemplu.
• Acestea permit crearea de sisteme de transmisie compacte în fața lanțurilor sau scripetelor.
• Diferite dimensiuni pot fi combinate pentru a interfera cu rotația fiecărei axe. În general, când se utilizează două pinioane, angrenajul mai mare se numește roată și pinion mic.

Un angrenaj sau roată dințată nu este altceva decât un tip de roată cu o serie de dinți sculptate pe marginea sa exterioară sau interioară, în funcție de tipul de angrenaj care este. Aceste pinioane vor fi în mișcare rotativă pentru a genera cuplu pe arbori de care sunt atașate și pot fi grupate împreună pentru a genera sisteme de angrenaje mai complexe, potrivindu-și dinții.

Evident, pentru ca acest lucru să fie posibil, tipul și dimensiunea dinților trebuie să se potrivească cu. Altfel vor fi incompatibile și nu s-ar potrivi. Acești parametri sunt discutați în secțiunea următoare ...

Părți ale unui angrenaj

Pentru ca două angrenaje să se potrivească, diametrul și numărul dinților ar putea fi variate, dar trebuie să respecte o serie de factori care fac ca angrenajul să fie să fie compatibili unul cu celălalt, cum ar fi tipul de dinte pe care îl folosesc, dimensiunile etc.

După cum puteți vedea în imaginea anterioară, există mai multe părți într-un angrenaj ar trebui să știți:

• Sept sau brațe: este partea care se ocupă de unirea coroanei și a cubului pentru a transmite mișcarea. Ele pot fi mai mult sau mai puțin groase, iar compoziția și rezistența sa vor depinde în mare măsură de rezistență și greutate. Uneori sunt străpunse de obicei pentru a reduce greutatea, alteori se alege o partiție solidă.
• Cube: este partea în care este atașat arborele de transmisie de mișcare și care este atașat la partiție.
• Coroană: este zona angrenajului în care au fost tăiați dinții. Este cea mai importantă, deoarece compatibilitatea, comportamentul și performanța echipamentului vor depinde de acesta.
• Dinte: este unul dintre dinții sau proeminențele coroanei. Dintele poate fi împărțit în mai multe părți:
  • Crest: este partea exterioară sau vârful dintelui.
  • Față și flanc: este partea superioară și inferioară a părții laterale a dintelui, adică suprafața de contact dintre două roți dințate care se plasează.
  • Valle: este partea inferioară a dintelui sau zona intermediară dintre doi dinți, unde va fi adăpostită creasta unei alte roți dințate cu care se plasează.

Toate acestea generează o serie de geometrii coroanei care va distinge tipurile și proprietățile uneltelor:

• Circumferința rădăcinii: marchează valea sau fundul dinților. Adică delimitează diametrul interior al angrenajului.
• Circumferința primitivă: stabilește împărțirea între cele două părți ale părții laterale a dintelui: față și flanc. Este un parametru foarte important, deoarece toți ceilalți sunt definiți pe baza acestuia. Acesta va împărți dintele în două părți, dedendum și addendum.
  • Picior dinte sau dedendum: este zona inferioară a dintelui care se află între circumferința inițială și circumferința rădăcinii.
  • Cap de dinți sau addendum: zona superioară a dintelui, care merge de la circumferința inițială și circumferința exterioară.
• Circumferinta capului- va marca creasta dinților, adică diametrul exterior al angrenajului.

După cum vă puteți imagina, în funcție de coroană, diametrul și tipurile de dinți, puteți variați uneltele in conformitate:

• Numărul de dinți: va defini raportul de transmisie și este unul dintre cei mai determinanți parametri pentru a determina comportamentul acestuia într-un sistem de transmisie.
• Înălțimea dinților: înălțimea totală, de la vale până la creastă.
• Pas circular: distanța dintre o parte a dintelui și aceeași parte a dintelui următor. Adică, cât de îndepărtați sunt dinții, ceea ce este legat și de număr.
• grosime: este grosimea angrenajului.

Aplicații Gear

Las aplicații pentru angrenaje sunt multe, așa cum am comentat deja anterior. Unele dintre aplicațiile sale practice sunt:

• Cutii de viteze pentru vehicule.
• Motoare pas cu pas pentru controlul rotirii.
• Bombe hidraulice.
• Motoare de toate tipurile, cum ar fi elementele de transmisie pentru rotire sau mișcare.
• Mecanisme diferențiale.
• Imprimante pentru a muta capetele sau rolele.
• Roboți pentru piese în mișcare.
• Mașină industrială.
• Ceasuri analogice.
• Aparate de uz casnic cu piese mecanice.
• Dispozitive electronice cu piese mobile.
• Motoare de deschidere a ușii.
• Jucării mobile.
• Mașini agricole.
• Aeronautică.
• Producția de energie (eoliană, termică, ...).
• etc

Vă puteți gândi la o multitudine de alte aplicații pentru proiectele dvs. cu Arduino, roboți etc. Puteți automatiza multe mecanisme și vă puteți juca cu viteze etc.

Tipuri de angrenaje

În funcție de dinții săi și de caracteristicile echipamentului în sine pe care le aveți diferite tipuri de unelte la îndemână, fiecare cu avantajele și dezavantajele sale, deci este important să o alegeți pe cea potrivită pentru fiecare aplicație.

L cele mai frecvente tipuri sunet:

• Cilindric: sunt folosite pentru axe paralele.
  • drept: sunt cele mai frecvente, utilizate atunci când este nevoie de o treaptă de viteză simplă cu viteze nu foarte mari.
  • Elicoidale: sunt o versiune ceva mai avansată a celor anterioare. În ele, dinții sunt dispuși în căi de helix paralele în jurul unui cilindru (simplu sau dublu). Au un avantaj clar față de liniile drepte, cum ar fi faptul că sunt mai silențioase, funcționează la viteze mai mari, pot transmite mai multă putere și au o mișcare mai uniformă și mai sigură.
• Conic: sunt utilizate pentru a transmite mișcarea între axe plasate la unghiuri diferite, chiar și la 90 °.
  • drept: folosesc dinți drepți și împărtășesc caracteristici cu cei cilindrici drepți.
  • spirală: în acest caz, susțin viteze și forțe mai mari, așa cum s-a întâmplat cu helicoidalele.
• Unelte interne: în loc să aibă sculptate dinții sau coroana în exterior, le au în interior. Nu sunt la fel de obișnuite, dar sunt utilizate și pentru anumite aplicații.
• Planetariile: este un set de roți dințate utilizate în anumite sisteme de transmisie în care există un angrenaj central în jurul căruia se rotesc alte mici. De aceea are acest nume, deoarece acestea par să orbiteze.
• Șurub fără sfârșit: este un angrenaj comun în unele mecanisme industriale sau electronice. Folosește un angrenaj ai cărui dinți sunt tăiați în formă de spirală. Acestea generează o viteză foarte constantă și fără vibrații sau zgomot. Se pot transmite către o roată dințată dreaptă a cărei axă este oblic către șurubul fără sfârșit.
• Rack și pinion: este un set de angrenaje care este, de asemenea, comun în unele mecanisme și care permite transformarea unei mișcări rotative a unei axe într-o mișcare liniară sau invers.

Dacă ai grijă Compoziția sa, puteți face diferența între materiale precum:

• Metale: sunt fabricate de obicei din diferite tipuri de oțel, aliaje de cupru, aliaje de aluminiu, fontă sau fontă gri, aliaje de magneziu etc.
• Plastic: se folosesc în electronică, jucării etc. Acestea sunt unelte din policarbonat, poliamidă sau PVC, rășini acetale, polieteretercetonă PEEK, politetrafluoretilenă (PTFE) și polimeri cu cristale lichide (LCP).
• Madera: nu sunt comune, doar în mecanismele vechi sau în anumite jucării.
• alții: este probabil ca pentru cazuri foarte specifice să se utilizeze alte fibre sau materiale specifice.

De unde să cumpărați unelte?

Tu găsiți diferite tipuri de unelte în multe magazine mecanice sau electronice. De exemplu, iată câteva exemple:

• Set de angrenaje motor din plastic Cu 64 de tipuri diferite.
• Nu au fost găsite produse.
• Set de 16 piese metalice diferite, inclusiv helicoidale.
• Set angrenaj ax plastic.

Aceste produse sunt de dimensiuni mici, dacă aveți nevoie de unelte mai mari este probabil să nu le găsiți atât de ușor. De asemenea, dacă aveți nevoie de ceva foarte specific, multe magazine de strunjire pot face-o pentru tine. imprimante 3D de asemenea, îi ajută pe producători să își creeze propriile unelte.

Calcule de bază pentru sistemele de pinion

Așa cum puteți vedea în acest GIF, trebuie să înțelegeți că atunci când două trepte de viteză se îmbină, ambele axe se va roti în direcția opusă și nu în același sens. După cum puteți vedea, dacă vă uitați la strada roșie zimțată, aceasta se întoarce spre dreapta, în timp ce cea albastră se întoarce spre stânga.

Prin urmare, pentru ca o axă să se rotească în aceeași direcție ar fi necesar să adăugați o altă roată suplimentară, cum ar fi cea verde. În acest fel, roșu și verde se rotesc în aceeași direcție. Acest lucru se întâmplă deoarece, pe măsură ce albastrul se rotește spre stânga, atunci când se angajează albastru-verde, verde va inversa din nou direcția de rotație, sincronizându-se cu roșu.

Un alt lucru care poate fi apreciat în acest GIF este viteza de virare. Dacă toate angrenajele ar avea același diametru și număr de dinți, toți arborii s-ar roti cu aceeași viteză. Pe de altă parte, când numărul / diametrul dintelui este modificat, viteza este, de asemenea, modificată. După cum puteți vedea în acest caz, roșul este cel care se rotește cel mai repede, deoarece are un diametru mai mic, în timp ce albastrul se rotește la o viteză medie, iar verde este cel care se rotește cel mai lent.

Ca răspuns la aceasta, este posibil să ne gândim că jocul cu dimensiunile vitezei poate fi modificat. Aveți dreptate, la fel cum o bicicletă o poate face cu treptele de viteză sau cutia de viteze o face cu raporturile de transmisie ale unei mașini. Și nu numai asta, puteți face și calcule cu privire la viteza de virare.

Când ai două trepte de viteză, una mic (pinion) și altul mare (roată), ar putea apărea următoarele:

• Dacă ne imaginăm că motorul sau tracțiunea se aplică pe pinion și roata este acționată, deși pinionul se rotește cu viteză mare, având o roată mai mare, îl va încetini, acționând ca un reductor. Numai dacă ar avea aceeași dimensiune (pinion = roată) ambele osii se vor roti cu aceeași viteză.
• Pe de altă parte, dacă ne imaginăm că roata este cea care are tracțiunea și i se aplică o viteză, chiar dacă este mică, pinionul se va întoarce mai repede, deoarece dimensiunea sa mică acționează ca multiplicator.

Calculele transmisiei de viteze

Odată ce ați înțeles acest lucru, puteți efectua calculele unui sistem de transmisie simplu între două trepte de viteză prin aplicare formula:

N1 Z1 = N2 Z2

Unde Z este numărul de dinți ai angrenajelor 1 și 2 care sunt conectați la rețea și N este viteza de rotație a arborilor în RPM (rotații pe minut sau rotații pe minut). Pentru exemplu, imaginați-vă că în GIF de mai sus, pentru a simplifica:

• Roșu (transmisie) = 4 dinți, iar motorul aplică o viteză de rotație a arborelui său de 7 RPM.
• Albastru = 8 dinți
• Verde = 16 dinți

Dacă doriți să calculați rotația în acest sistem, trebuie mai întâi să calculați viteza albastrului:

4 7 = 8 z

z = 4 7/8

z = 3.5 RPM

Adică arborele albastru s-ar roti la 3.5 RPM, oarecum mai lent decât cele 4 RPM ale celui roșu. Dacă ați dorit să calculați virajul verde, acum că știți viteza albastru:

8 3.5 = 16 z

z = 8 3.5/16

z = 1.75

După cum puteți vedea, verde ar roti la 1.75 RPM, care este mai lent decât albastru și verde. Și ce s-ar întâmpla dacă motorul este situat pe axa verde și roata motrice se rotește la 4 RPM, atunci rotația ar fi de 8 RPM pentru albastru, 16 RPM pentru roșu.

Rezultă astfel că, atunci când roata motrice este mică, se obține o viteză mai mică pe arborele final, dar o forță mai mare. În cazul în care roata mare este cea care transportă tracțiunea, roata mică atinge o viteză mai mare, dar mai puțină forță. Pentru ca acolo puteri sau cuplu diferit? Uită-te la această formulă:

P = T ω

Unde P este puterea transmisă de arbore în wați (W), T este cuplul dezvoltat (Nm), ω viteza unghiulară la care se rotește arborele (rad / s). Dacă puterea motorului este menținută și viteza de rotație este înmulțită sau redusă, atunci se modifică și T. La fel se întâmplă dacă T este menținut constant și viteza este variată, atunci P este modificat.

Probabil doriți, de asemenea, să calculați dacă o axă se rotește la X RPM, cât de mult ar avansa liniar, adică viteza liniară. De exemplu, imaginați-vă că în cel roșu aveți un motor DC și pe axa verde ați așezat o roată astfel încât un motor să circule pe o suprafață. Cât de repede ar merge?

Pentru a face acest lucru, trebuie doar să calculați circumferința anvelopei pe care ați instalat-o. Pentru a face acest lucru, înmulțiți diametrul cu Pi și vă va oferi circumferința. Știind ce poate avansa roata cu fiecare viraj și ținând cont de ce virează în fiecare minut, viteza liniară poate fi obținută ...

Aici vă arăt un videoclip pentru a putea înțelege acest lucru într-un mod mai bun:

Calcule pentru roata dințată și pinion

Ca roți dințate și pinion, poate fi calculat cu formula:

i = 1 / Z

Acest lucru se întâmplă deoarece șurubul este considerat în acest sistem ca o pinionă cu un singur dinte care a fost tăiat elicoidal. Deci, dacă aveți o pinionă de 60 de dinți, de exemplu, atunci va fi 1/60 (acest lucru înseamnă că șurubul ar trebui să se întoarcă de 60 de ori pentru ca pinionul să termine 1 tură). În plus, este un mecanism care nu este reversibil ca alții, adică pinionul nu poate fi rotit astfel încât viermele să se rotească, aici numai viermele poate fi arborele motor.

Calcule cremalieră și pinion

Pentru sistem Rack și pinion, calculele se schimbă din nou, în acest caz sunt:

V = (p Z N) / 60

Adică, înmulțiți pasul dinților pinionului (în metri), cu numărul de dinți pinion și cu numărul de rotiri ale pinionului (în RPM). Și asta este împărțit la 60. De exemplu, imaginați-vă că aveți un sistem cu un pinion de 30 de dinți, un pas de 0.025 m și o viteză de centrifugare de 40 RPM:

V = (0.025) / 30

V = 0.5 m / s

Adică ar avansa o jumătate de metru în fiecare secundă. Și, în acest caz, da este reversibilAdică, dacă rack-ul este deplasat longitudinal, pinionul poate fi făcut să se rotească.

Puteți chiar calcula cât timp ar dura parcurgerea unei distanțe luând în considerare formula pentru mișcare uniformă a liniei (v = d / t), adică dacă viteza este egală cu distanța împărțită la timp, atunci timpul este eliminat:

t = d / v

Prin urmare, știind deja viteza și distanța pe care doriți să le calculați, de exemplu, imaginați-vă că doriți să calculați cât ar dura un drum de 1 metru:

t = 1 / 0.5

t = 2 secunde

Sper că te-am ajutat să dobândești cel puțin cele mai esențiale cunoștințe despre angrenaje, astfel încât să înțelegi cum funcționează acestea și cum le poți folosi în avantajul tău în proiectele tale viitoare.