Kugghjul: allt du behöver veta om dessa kedjehjul

mycket kugghjul De finns i en mängd strömmekanismer, från analoga klockor till fordonsmotorer, växellådor, genom robotar, skrivare och många andra mekatroniska system. Tack vare dem kan överföringssystem göras och gå längre än att sända rörelse, de kan också ändra det.

Därför är de mycket viktiga element som du borde veta hur de fungerar Korrekt. På så sätt kan du använda rätt växlar för dina projekt och bättre förstå hur de fungerar ...

Vad är ett redskap?

Det finns kedjesystem, remskivsystem, friktionshjul etc. Allihopa överföringssystem med dess fördelar och nackdelar. Men av dem alla sticker växelsystemet ut, som vanligtvis är favoriter för sina egenskaper:

• De tål stora krafter på grund av tänderna utan att glida, vilket kan vara fallet med friktionshjul eller remskivor.
• Det är ett reversibelt system som kan överföra kraft eller rörelse i båda riktningarna.
• De tillåter mycket exakt rörelsekontroll, vilket framgår av stegmotorer, Till exempel.
• De gör det möjligt att skapa kompakta transmissionssystem framför kedjorna eller remskivorna.
• Olika storlekar kan kombineras för att störa rotationen på varje axel. I allmänhet, när två kedjehjul används, kallas den större växeln hjulet och det lilla drevet.

Un redskap eller kugghjul Det är inget annat än en typ av hjul med en serie tänder huggen på dess yttre eller inre kant, beroende på vilken typ av redskap det är. Dessa kedjehjul kommer att vara i roterande rörelse för att generera vridmoment på de axlar som de är fästa på, och de kan grupperas ihop för att generera mer komplexa växelsystem som passar sina tänder.

Uppenbarligen, för att det ska vara möjligt, tändernas typ och storlek måste matcha. Annars är de oförenliga och passar inte. Dessa parametrar är de som diskuteras i nästa avsnitt ...

Delar av ett redskap

För att två växlar ska passa ihop kan diametern och antalet tänder varieras, men de måste respektera en serie faktorer som är det som gör växeln vara kompatibla med varandra, såsom vilken typ av tand de använder, mått etc.

Som du kan se i föregående bild finns det flera delar i en redskap du borde veta:

• Septum eller armar: det är den del som ansvarar för att gå med i kronan och kuben för att överföra rörelsen. De kan vara mer eller mindre tjocka, och dess sammansättning och styrka beror till stor del på styrka och vikt. Ibland genomborras de vanligtvis för att minska vikten, andra gånger väljs en solid partition.
• The Cube: det är den del där rörelseöverföringsaxeln är fäst och som är fäst vid skiljeväggen.
• Korona: är det område på redskapet där tänderna har skurits. Det är det viktigaste, eftersom redskapets kompatibilitet, beteende och prestanda beror på det.
• Tand: det är en av tänderna eller utsprången på kronan. Tanden kan delas upp i flera delar:
  • Vapen: är tandens yttre del eller spets.
  • Ansikte och flank: är den övre och nedre delen av tandsidan, det vill säga kontaktytan mellan två kugghjul som går ihop.
  • Vassle: det är den nedre delen av tanden eller mellanområdet mellan två tänder, där toppen av ett annat kugghjul som det passar in kommer att förvaras.

Allt detta genererar en serie krona geometrier som skiljer kugghjulens typer och egenskaper:

• Rotomkrets: markerar dalen eller botten av tänderna. Det vill säga det avgränsar växelns innerdiameter.
• Primitiv omkrets: fastställer uppdelningen mellan de två delarna av tandsidan: ansikte och flank. Det är en mycket viktig parameter, eftersom alla andra definieras utifrån den. Det kommer att dela upp tanden i två delar, dedendumet och tillägget.
  • Tandfot eller dedendum: det är den nedre delen av tanden som ligger mellan den ursprungliga omkretsen och rotomkretsen.
  • Tandhuvud eller tillägg: övre delen av tanden, som går från den ursprungliga omkretsen och den yttre omkretsen.
• Huvudets omkrets- markerar kuggen på tänderna, det vill säga kugghjulets yttre diameter.

Som du kan föreställa dig, beroende på krona, diameter och typer av tänder, kan du variera växel enligt:

• Antal tänder: det kommer att definiera utväxlingsförhållandet och är en av de mest bestämda parametrarna för att bestämma dess beteende i ett överföringssystem.
• Tandhöjd: den totala höjden, från dalen till åsen.
• Cirkulärt steg: avståndet mellan en del av tanden och samma del av nästa tand. Det vill säga hur långt ifrån varandra tänderna är, vilket också är relaterat till antalet.
• Espesor: är redskapets tjocklek.

Redskapstillämpningar

den redskapstillämpningar det finns många, som jag redan har kommenterat tidigare. Några av dess praktiska tillämpningar är:

• Fordonsväxellådor.
• Stegmotorer för vridkontroll.
• Hydrauliska bomber.
• Motorer av alla slag, såsom sväng- eller rörelseöverföringselement.
• Differentiella mekanismer.
• Skrivare för att flytta huvuden eller rullarna.
• Robotar för rörliga delar.
• Industriellt maskineri.
• Analoga klockor.
• Hushållsapparater med mekaniska delar.
• Elektroniska enheter med rörliga delar.
• Dörröppningsmotorer.
• Mobila leksaker.
• Jordbruksmaskiner.
• Aeronautik.
• Energiproduktion (vind, termisk, ...).
• och så vidare

Du kan tänka dig en mängd andra applikationer för dina projekt med Arduino, robotar etc. Du kan automatisera många mekanismer och spela med hastigheter etc.

Typer av växlar

Enligt dess tänder och kännetecknen hos själva redskapet har du det olika typer av växlar till hands, alla med sina fördelar och nackdelar, så det är viktigt att välja rätt för varje applikation.

mycket vanligaste typerna ljud:

• Cylindrisk: används för parallella axlar.
  • Hetero: de är de vanligaste, används när en enkel växel med inte särskilt höga hastigheter behövs.
  • Helical: de är en något mer avancerad version av de tidigare. I dem är tänderna ordnade i parallella spiralbanor runt en cylinder (enkel eller dubbel). De har en klar fördel jämfört med raka linjer, som att vara tystare, arbeta vid högre hastigheter, kan överföra mer kraft och ha en mer enhetlig och säker rörelse.
• Konisk: de används för att överföra rörelse mellan axlar placerade i olika vinklar, även vid 90 °.
  • Hetero: de använder raka tänder och delar egenskaper med de raka cylindriska.
  • Spiral: i det här fallet stöder de högre hastigheter och krafter, som hände med spiralformade hjul.
• Internt redskap: istället för att ha tänderna eller kronan huggen på utsidan, har de den på insidan. De är inte lika vanliga, men de används också för vissa applikationer.
• Planetarium: det är en uppsättning växlar som används i vissa överföringssystem där det finns en central växel runt vilken andra mindre roterar. Det är därför det har det namnet, eftersom de verkar kretsa kring.
• Ändlös skruv: det är ett vanligt redskap i vissa industriella eller elektroniska mekanismer. Den använder ett redskap vars tänder skärs i spiralform. De genererar en mycket konstant hastighet och utan vibrationer eller buller. De kan överföra till ett raktandat hjul vars axel är snett mot den ändlösa skruven.
• Kuggstångsväxel: det är en uppsättning kugghjul som också är vanligt i vissa mekanismer och som gör att en rotationsrörelse av en axel kan omvandlas till en linjär rörelse eller vice versa.

Om du deltar i Hans komposition, kan du också skilja mellan material som:

• Metaller: de är vanligtvis gjorda av olika typer av stål, kopparlegeringar, aluminiumlegeringar, gjutjärn eller grågjutjärn, magnesiumlegeringar etc.
• plast: de används i elektronik, leksaker etc. De är polykarbonat-, polyamid- eller PVC-kugghjul, acetalhartser, PEEK-polyetereterketon, polytetrafluoroeten (PTFE) och flytande kristallpolymerer (LCP).
• Madera: de är inte vanliga, bara i gamla mekanismer eller i vissa leksaker.
• andra: det är troligt att i mycket specifika fall andra fibrer eller specifika material används.

Var kan jag köpa växlar?

Du hitta olika typer av växlar i många mekaniska eller elektroniska butiker. Här är till exempel några exempel:

• Kugghjulsats av plast. Med 64 olika typer.
• Inga produkter hittade.
• Sats med 16 olika metalldelar, inklusive skruvlinjer.
• Kugghjulsats av plast.

Dessa produkter är små i storlek, om du behöver större växlar är det troligt att du inte hittar dem så lätt. Om du behöver något mycket specifikt kan många turner-workshops också göra det gör det åt dig. Den 3D skrivare de hjälper också tillverkare att skapa sina egna redskap.

Grundläggande beräkningar för kedjehjulssystem

Som du kan se i denna GIF måste du förstå att när två växlar går ihop, båda axlarna kommer att rotera i motsatt riktning och inte i samma mening. Som du kan se, om du tittar på den röda ojämna rue vänder den sig åt höger, medan den blå vänder till vänster.

därför för en axel att rotera i samma riktning det skulle vara nödvändigt att lägga till ytterligare ett hjul, till exempel det gröna. På det sättet roterar rött och grönt i samma riktning. Detta beror på att när blått roteras åt vänster, när grönt blått grön växlar, roterar grönt rotationsriktningen igen och synkroniseras med rött.

En annan sak som kan uppskattas i den GIF är svänghastighet. Om alla kugghjul hade samma diameter och antal tänder skulle alla axlar rotera med samma hastighet. Å andra sidan, när tandantalet / diametern ändras, ändras också hastigheten. Som du kan se i det här fallet är rött den som snurrar snabbast, eftersom den har en mindre diameter, medan blå snurrar med medelhastighet och grön är den som snurrar långsammast.

Som svar på detta det är möjligt att tänka att spela med storlekarna hastigheterna kan ändras. Du har rätt, precis som en cykel kan göra det med växlarna eller växellådan gör det med en bils växelförhållanden. Och inte bara det, du kan också göra beräkningar på svänghastigheten.

När du har två kugghjul, en liten (drev) och en annan stor (hjul)kan följande inträffa:

• Om vi ​​föreställer oss att motorn eller dragkraften appliceras på kugghjulet och hjulet drivs, även om kugghjulet roterar med hög hastighet, med ett större hjul, kommer det att sakta ner det och fungera som ett reduktor. Bara om de hade samma storlek (drev = hjul) skulle båda axlarna rotera med samma hastighet.
• Å andra sidan, om vi föreställer oss att det är hjulet som har dragkraft och en hastighet appliceras på det, även om det är lågt, kommer kugghjulet att rotera snabbare, eftersom dess lilla storlek fungerar som multiplikator.

Växellådsberäkning

När du väl har förstått detta kan du utföra beräkningarna av ett enkelt överföringssystem mellan två växlar genom att applicera formeln:

N1 Z1 = N2 Z2

Där Z är antalet kuggar i kugghjul 1 och 2 som är maskade och N är axelns rotationshastighet i varvtal (varv per minut eller varv per minut). För ejemplo, föreställ dig att i GIF ovan, för att förenkla:

• Röd (drivenhet) = 4 tänder och motorn applicerar en rotationshastighet på sin axel på 7 varv / min.
• Blå = 8 tänder
• Grön = 16 tänder

Om du vill beräkna svängen i detta system måste du först beräkna hastigheten för det blå:

4 7 = 8 z

z = 4 7/8

z = 3.5 varv / min

Det vill säga den blå axeln skulle rotera vid 3.5 r / min, något långsammare än 4 r / min för den röda. Om du ville beräkna grönvridningen, nu när du vet hastigheten på blått:

8 3.5 = 16 z

z = 8 3.5/16

z = 1.75

Som du kan se skulle grönt snurra med 1.75 varv per minut, vilket är långsammare än blått och grönt. Och vad skulle hända om motorn befinner sig på den gröna axeln och drivhjulet roterar med 4 varv / min, då skulle rotationen vara 8 varv / min för blått, 16 varv / min för rött.

Följaktligen följer att när drivhjulet är litet uppnås en lägre hastighet på den slutliga axeln, men större kraft. I händelse av att det är det stora hjulet som bär dragkraften, uppnår det lilla hjulet högre hastighet men mindre kraft. För att där kraft eller vridmoment annorlunda? Titta på den här formeln:

P = T ω

Där P är den kraft som överförs av axeln i watt (W), är T det utvecklade vridmomentet (Nm), ω vinkelhastigheten vid vilken axeln roterar (rad / s). Om motorns effekt bibehålls och rotationshastigheten multipliceras eller minskas, ändras också T. Samma sak händer om T hålls konstant och hastigheten varieras, så ändras P.

Du vill förmodligen också beräkna om en axel roterar vid X RPM, hur mycket den skulle gå fram linjärt, det vill säga linjär hastighet. Tänk dig till exempel att i den röda har du en likströmsmotor och på den gröna axeln har du placerat ett hjul så att en motor färdas på en yta. Hur snabbt skulle det gå?

För att göra detta behöver du bara beräkna omkretsen på däcket du har installerat. För att göra detta, multiplicera diametern med Pi och det ger dig omkretsen. Att veta vad hjulet kan avancera med varje varv och ta hänsyn till vad som vänder varje minut, kan linjär hastighet erhållas ...

Här visar jag en video så att du kan förstå det på ett bättre sätt:

Beräkningar för mask och kedjehjul

Beträffande snäckväxel och kedjehjul, kan beräknas med formeln:

i = 1 / Z

Detta beror på att skruven i detta system betraktas som ett tandhjul som har skurits i spiralform. Så om du till exempel har ett kugghjul med 60 tänder så blir det 1/60 (detta innebär att skruven måste vridas 60 gånger för att kedjehjulet ska slutföra 1 varv). Dessutom är det en mekanism som inte är reversibel som andra, det vill säga kedjehjulet kan inte roteras så att masken roterar, bara masken kan vara drivaxeln här.

Kuggstångsberäkningar

För systemet Kuggstångsväxel, beräkningarna ändras igen, i det här fallet är de:

V = (pZN)/60

Multiplicera drevtandens stigning (i meter), med antalet drevtänder och med antalet drevvarv (i RPM). Och det divideras med 60. Tänk dig till exempel att du har ett system med ett tandhjul på 30 tänder, en stigning på 0.025 m och en centrifugeringshastighet på 40 varv / min:

V = (0.025) / 30

V = 0.5 m / s

Det vill säga att det skulle gå framåt en halv meter varje sekund. Och i det här fallet ja det är reversibeltDet vill säga, om kuggstången förflyttas i längdriktningen, kan tandhjulet bringas att rotera.

Du kan till och med beräkna hur lång tid det tar att resa en sträcka genom att ta hänsyn till formeln för enhetlig linje rörelse (v = d / t), det vill säga om hastigheten är lika med avståndet dividerat med tiden, rensas tiden:

t = d / v

Därför, när du redan vet hastigheten och sträckan som du vill beräkna, föreställ dig till exempel att du vill beräkna hur lång tid det tar att resa 1 meter:

t = 1 / 0.5

t = 2 sekunder

Jag hoppas att jag har hjälpt dig att få åtminstone den viktigaste kunskapen om växlar, så att du förstår hur de fungerar och hur du kan använda dem till din fördel i dina framtida projekt.