Gears: mọi thứ bạn cần biết về những loại bánh răng này

Các bánh răng Chúng nằm trong vô số cơ chế hiện tại, từ đồng hồ analog, đến động cơ xe, hộp số, thông qua robot, máy in và nhiều hệ thống cơ điện tử khác. Nhờ chúng, các hệ thống truyền động có thể được tạo ra và ngoài việc truyền chuyển động, chúng còn có thể thay đổi nó.

Do đó, chúng là những yếu tố rất quan trọng bạn nên biết chúng hoạt động như thế nào Một cách chính xác. Bằng cách đó, bạn có thể sử dụng các bánh răng phù hợp cho các dự án của mình và hiểu rõ hơn cách chúng hoạt động ...

Bánh răng là gì?

Có hệ thống xích, hệ thống ròng rọc, bánh xe ma sát, v.v. Tất cả bọn họ hệ thống truyền tải với những ưu nhược điểm của nó. Nhưng trong số đó, hệ thống bánh răng nổi bật, thường được yêu thích vì các đặc tính của chúng:

• Chúng có thể chịu được lực lớn do răng của chúng mà không bị trượt, như trường hợp của bánh xe ma sát hoặc ròng rọc.
• Nó là một hệ thống có thể đảo ngược, có khả năng truyền công suất hoặc chuyển động theo cả hai hướng.
• Chúng cho phép điều khiển chuyển động rất chính xác, như có thể thấy trong động cơ bước, Ví dụ.
• Chúng cho phép tạo ra các hệ thống truyền động nhỏ gọn phía trước các dây xích hoặc ròng rọc.
• Các kích thước khác nhau có thể được kết hợp để can thiệp vào sự quay của mỗi trục. Nói chung, khi sử dụng hai đĩa xích, bánh răng lớn hơn được gọi là bánh xe và bánh răng nhỏ.

Un bánh răng hoặc bánh răng Nó không gì khác hơn là một loại bánh xe có một loạt các răng được chạm khắc trên mép ngoài hoặc bên trong của nó, tùy thuộc vào loại bánh răng của nó. Các đĩa xích này sẽ chuyển động quay để tạo ra mô-men xoắn trên các trục mà chúng được gắn vào, và chúng có thể được nhóm lại với nhau để tạo ra các hệ thống bánh răng phức tạp hơn, lắp các răng của chúng lại với nhau.

Rõ ràng, để điều đó có thể, loại và kích thước của răng phải phù hợp với. Nếu không chúng sẽ không tương thích và sẽ không phù hợp. Những thông số này là những thông số sẽ được thảo luận trong phần tiếp theo ...

Các bộ phận của một bánh răng

Để hai bánh răng ăn khớp với nhau, đường kính và số lượng răng có thể khác nhau, nhưng chúng phải tôn trọng một loạt các yếu tố tạo nên bánh răng tương thích với nhau, chẳng hạn như loại răng họ sử dụng, kích thước, v.v.

Như bạn có thể thấy trong hình trước, có một số bộ phận trong một thiết bị bạn nên biết:

• Septum hoặc cánh tay: nó là bộ phận có nhiệm vụ liên kết giữa núm và khối để truyền chuyển động. Chúng có thể dày hơn hoặc ít hơn, và thành phần và sức mạnh của nó sẽ phụ thuộc phần lớn vào sức mạnh và trọng lượng. Đôi khi chúng thường được xuyên thủng để giảm trọng lượng, những lần khác, một vách ngăn vững chắc được chọn.
• Khối lập phương: là bộ phận gắn trục truyền chuyển động và gắn với vách ngăn.
• Nhật hoa: là diện tích bánh răng đã cắt răng. Đây là điều quan trọng nhất, vì khả năng tương thích, hành vi và hiệu suất của thiết bị sẽ phụ thuộc vào nó.
• Răng: nó là một trong những răng mọc hoặc chìa ra của thân răng. Răng có thể được chia thành nhiều phần:
  • Crest: là phần bên ngoài hoặc phần chóp của răng.
  • Mặt và sườn: là phần trên và phần dưới của mặt răng, tức là mặt tiếp xúc giữa hai bánh răng ăn khớp với nhau.
  • Thung lũng: nó là phần dưới của răng hoặc vùng trung gian giữa hai răng, nơi chứa đỉnh của một bánh răng khác mà nó sẽ mắc lưới.

Tất cả điều này tạo ra một loạt hình học vương miện điều đó sẽ phân biệt các loại và đặc tính của bánh răng:

• Chu vi rễ: đánh dấu vùng trũng hoặc đáy của răng. Đó là, nó phân định đường kính bên trong của bánh răng.
• Chu vi ban đầu: thiết lập sự phân chia giữa hai phần của mặt bên của răng: mặt và sườn. Đây là một tham số rất quan trọng, vì tất cả các tham số khác đều được xác định dựa trên nó. Nó sẽ chia răng thành hai phần, phần phụ và phần phụ.
  • Chân răng hoặc ruột thừa: là vùng dưới của răng nằm giữa chu vi gốc và chu vi chân răng.
  • Đầu răng hoặc phần phụ: vùng trên của răng, đi từ chu vi ban đầu và chu vi ngoài.
• Chu vi đầu- sẽ đánh dấu đỉnh của răng, nghĩa là, đường kính ngoài của bánh răng.

Như bạn có thể hình dung, tùy thuộc vào thân răng, đường kính và loại răng, bạn có thể thay đổi thiết bị theo:

• Số răng: nó sẽ xác định tỷ số truyền và là một trong những thông số quyết định nhất để xác định hành vi của nó trong hệ thống truyền động.
• Chiều cao răng: tổng chiều cao, từ thung lũng đến sườn núi.
• Bước tròn: khoảng cách giữa một phần của răng và cùng một phần của răng kế tiếp. Tức là răng cách nhau bao xa cũng liên quan đến tướng số.
• Độ dày: là chiều dày của bánh răng.

Ứng dụng bánh răng

các ứng dụng bánh răng có rất nhiều, như tôi đã nhận xét trước đây. Một số ứng dụng thực tế của nó là:

• Hộp số các loại xe.
• Động cơ bước để điều khiển quay vòng.
• Bom thủy lực.
• Các loại động cơ, chẳng hạn như các bộ phận truyền chuyển động quay hoặc chuyển động.
• Các cơ chế vi sai.
• Máy in để di chuyển đầu hoặc trục lăn.
• Robot cho các bộ phận chuyển động.
• Máy móc công nghiệp.
• Đồng hồ analog.
• Thiết bị gia dụng với các bộ phận cơ khí.
• Các thiết bị điện tử có bộ phận chuyển động.
• Các động cơ đóng mở cửa.
• Đồ chơi di động.
• Máy móc nông nghiệp.
• Hàng không.
• Sản xuất năng lượng (gió, nhiệt, ...).
• và vv

Bạn có thể nghĩ ra vô số ứng dụng khác cho các dự án của mình với Arduino, rô bốt, v.v. Bạn có thể tự động hóa nhiều cơ chế và chơi với tốc độ, v.v.

Các loại bánh răng

Theo răng của nó và các đặc điểm của chính bánh răng, bạn có các loại bánh răng khác nhau trong tầm tay của bạn, mỗi cái đều có ưu điểm và nhược điểm, vì vậy điều quan trọng là phải chọn đúng cái cho từng ứng dụng.

Các các loại phổ biến nhất âm thanh:

• Hình trụ: được sử dụng cho các trục song song.
  • Thẳng: chúng là phổ biến nhất, được sử dụng khi cần một bánh răng đơn giản với tốc độ không cao.
  • Xoắn ốc: chúng là một phiên bản nâng cao hơn một chút so với những phiên bản trước. Trong đó, các răng được sắp xếp theo các đường xoắn song song xung quanh một hình trụ (đơn hoặc kép). Chúng có lợi thế rõ ràng hơn so với đường thẳng, chẳng hạn như êm hơn, vận hành ở tốc độ cao hơn, có thể truyền nhiều công suất hơn, chuyển động đều và an toàn hơn.
• Hình nón: chúng được sử dụng để truyền chuyển động giữa các trục được đặt ở các góc khác nhau, thậm chí là 90º.
  • Thẳng: chúng sử dụng răng thẳng và có chung đặc điểm với răng trụ thẳng.
  • Xoắn ốc: trong trường hợp này, chúng hỗ trợ tốc độ và lực cao hơn, như đã xảy ra với xoắn ốc.
• Bánh răng bên trong: thay vì có răng hoặc mão được chạm khắc bên ngoài, họ có nó ở bên trong. Chúng không phổ biến như vậy, nhưng chúng cũng được sử dụng cho một số ứng dụng nhất định.
• Cung thiên văn: nó là một tập hợp các bánh răng được sử dụng trong một số hệ thống truyền động nhất định trong đó có một bánh răng trung tâm mà các bánh răng khác nhỏ hơn quay xung quanh. Đó là lý do tại sao nó có tên đó, vì chúng dường như đang quay quanh quỹ đạo.
• Vít vô tận: nó là một bánh răng thông dụng trong một số cơ chế công nghiệp hoặc điện tử. Nó sử dụng một bánh răng có răng được cắt thành hình xoắn ốc. Chúng tạo ra một tốc độ rất ổn định và không có rung động hoặc tiếng ồn. Chúng có thể truyền tới một bánh xe răng thẳng có trục xiên với trục vít vô tận.
• Giá đỡ và bánh răng: nó là một bộ bánh răng cũng phổ biến trong một số cơ cấu và cho phép chuyển động quay của một trục thành chuyển động thẳng hoặc ngược lại.

Nếu bạn tham dự Sáng tác của anh ấy, bạn cũng có thể phân biệt giữa các vật liệu như:

• Kim loại: chúng thường được làm bằng các loại thép khác nhau, hợp kim đồng, hợp kim nhôm, gang hoặc gang xám, hợp kim magiê, v.v.
• Nhựa: chúng được sử dụng trong đồ điện tử, đồ chơi, v.v. Chúng là bánh răng polycarbonate, polyamide hoặc PVC, nhựa acetal, polyetheretherketone PEEK, polytetrafluoroethylene (PTFE) và polyme tinh thể lỏng (LCP).
• Gỗ: chúng không phổ biến, chỉ trong các cơ chế cũ hoặc trong một số đồ chơi.
• người khác: có khả năng là đối với những trường hợp rất cụ thể, các loại sợi hoặc vật liệu cụ thể khác được sử dụng.

Mua bánh răng ở đâu?

Anh tìm các loại bánh răng khác nhau trong nhiều cửa hàng cơ khí hoặc điện tử. Ví dụ, đây là một số ví dụ:

• Bộ bánh răng động cơ bằng nhựa. Với 64 loại khác nhau.
• Không tìm thấy sản phẩm.
• Bộ gồm 16 bộ phận kim loại khác nhau, bao gồm cả dây xoắn.
• Bộ bánh răng trục chính bằng nhựa.

Những sản phẩm này có kích thước nhỏ, nếu bạn cần bánh răng lớn hơn thì có lẽ bạn sẽ không tìm thấy chúng dễ dàng như vậy. Ngoài ra, nếu bạn cần một cái gì đó rất cụ thể, nhiều hội thảo về máy quay có thể làm nó cho bạn. các Máy in 3D họ cũng đang giúp các nhà sản xuất tạo ra bánh răng của riêng họ.

Các tính toán cơ bản cho hệ thống bánh xích

Như bạn có thể thấy trong GIF này, bạn phải hiểu rằng khi hai bánh răng lưới, cả hai trục sẽ xoay theo hướng ngược lại và không theo cùng một nghĩa. Như bạn có thể thấy, nếu bạn nhìn vào đường răng cưa màu đỏ, nó đang quay sang phải, trong khi đường màu xanh lam đang quay sang trái.

Do đó, cho một trục quay theo cùng một hướng nó sẽ là cần thiết để thêm một bánh xe bổ sung khác, chẳng hạn như bánh xe màu xanh lá cây. Theo cách đó, màu đỏ và màu xanh lá cây quay theo cùng một hướng. Điều này là do, khi màu xanh lam được xoay sang trái, khi tương tác với màu xanh lam-xanh lục, màu xanh lục sẽ đảo ngược hướng quay một lần nữa, đồng bộ hóa với màu đỏ.

Một điều khác có thể được đánh giá cao trong GIF đó là tốc độ quay. Nếu tất cả các bánh răng có cùng đường kính và số răng thì tất cả các trục sẽ quay với cùng tốc độ. Mặt khác, khi số / đường kính răng bị thay đổi, tốc độ cũng bị thay đổi. Như bạn có thể thấy trong trường hợp này, màu đỏ là màu quay nhanh nhất, vì nó có đường kính nhỏ hơn, trong khi màu xanh lam quay ở tốc độ trung bình và màu xanh lá cây là màu quay chậm nhất.

Để đáp ứng điều này, có thể nghĩ rằng chơi với các kích thước thì tốc độ có thể bị thay đổi. Bạn nói đúng, cũng giống như xe đạp có thể làm điều đó với các bánh răng hoặc hộp số làm điều đó với các tỷ số truyền của ô tô. Và không chỉ vậy, bạn cũng có thể tính toán tốc độ quay vòng.

Khi bạn có hai bánh răng được nối lưới, một nhỏ (bánh răng) và lớn khác (bánh xe), điều sau có thể xảy ra:

• Nếu chúng ta tưởng tượng rằng động cơ hoặc lực kéo tác dụng lên bánh răng và dẫn động bánh răng, mặc dù bánh răng quay với tốc độ cao, nhưng có một bánh lớn hơn, nó sẽ quay chậm lại, đóng vai trò như một dây dẫn đỏ. Chỉ khi chúng có cùng kích thước (bánh răng = bánh xe) thì cả hai trục sẽ quay cùng tốc độ.
• Mặt khác, nếu chúng ta tưởng tượng rằng đó là bánh xe có lực kéo và một tốc độ được áp dụng cho nó, ngay cả khi nó ở mức thấp, bánh răng sẽ quay nhanh hơn, vì kích thước nhỏ của nó hoạt động như số nhân.

Tính toán bộ truyền bánh răng

Khi bạn đã hiểu điều này, bạn có thể thực hiện các tính toán của một hệ thống truyền lực đơn giản giữa hai bánh răng bằng cách áp dụng công thức:

N1 Z1 = N2 Z2

Trong đó Z là số răng của bánh răng 1 và 2 được ăn khớp và N là tốc độ quay của trục tính bằng RPM (số vòng quay trên phút hoặc số vòng quay trên phút). Đối với ejemplo, hãy tưởng tượng điều đó trong GIF ở trên, để đơn giản hóa:

• Đỏ (truyền động) = 4 răng và động cơ đang áp dụng tốc độ quay cho trục của nó là 7 RPM.
• Xanh dương = 8 răng
• Màu xanh lá cây = 16 răng

Nếu bạn muốn tính toán lượt trong hệ thống này, trước tiên bạn phải tính tốc độ của màu xanh lam:

4 7 = 8 z

z = 4 7/8

z = 3.5 vòng / phút

Tức là, trục màu xanh sẽ quay ở tốc độ 3.5 RPM, hơi chậm hơn so với 4 RPM của trục màu đỏ. Nếu bạn muốn tính tốc độ chuyển sang màu xanh lục, thì bây giờ bạn đã biết tốc độ của màu xanh lam:

8 3.5 = 16 z

z = 8 3.5/16

z = 1.75

Như bạn có thể thấy, màu xanh lá cây sẽ quay với tốc độ 1.75 RPM, chậm hơn màu xanh lam và xanh lục. Và điều gì sẽ xảy ra nếu động cơ nằm trên trục màu xanh lá cây và bánh lái đang quay với tốc độ 4 RPM, thì vòng quay sẽ là 8 RPM đối với màu xanh lam, 16 RPM đối với màu đỏ.

Do đó, khi bánh xe truyền động nhỏ, tốc độ thấp hơn trên trục cuối cùng, nhưng lực lớn hơn. Trong trường hợp bánh xe lớn truyền lực kéo thì bánh xe nhỏ sẽ đạt được vận tốc lớn hơn nhưng lực tác dụng nhỏ hơn. Bởi vì ở đó quyền hạn hoặc mô-men xoắn khác nhau? Nhìn vào công thức này:

P = T ω

Trong đó P là công suất do trục truyền tính bằng oát (W), T là mômen xoắn phát triển (Nm), ω vận tốc góc mà trục quay (rad / s). Nếu giữ nguyên công suất của động cơ và nhân lên hoặc giảm tốc độ quay thì T. cũng biến đổi, nếu giữ T không đổi và biến thiên tốc độ thì P cũng thay đổi.

Bạn có thể cũng muốn tính toán nếu một trục quay với tốc độ X RPM, thì nó sẽ tăng tuyến tính bao nhiêu, nghĩa là vận tốc tuyến tính. Ví dụ, hãy tưởng tượng rằng trong hình màu đỏ, bạn có một động cơ DC và trên trục màu xanh lá cây, bạn đã đặt một bánh xe để động cơ di chuyển trên một bề mặt. Nó sẽ đi nhanh như thế nào?

Để làm điều này, bạn chỉ cần tính chu vi của lốp xe mà bạn đã cài đặt. Để làm điều này, nhân đường kính với số Pi và nó sẽ cho bạn chu vi. Biết bánh xe có thể quay trước sau mỗi vòng quay và tính đến vòng quay nào trong mỗi phút, tốc độ thẳng có thể thu được ...

Sau đây, tôi cho bạn xem một video để bạn có thể hiểu điều này theo cách tốt hơn:

Tính toán cho con sâu và đĩa xích

Khi đến bánh răng sâu và bánh xích, có thể được tính bằng công thức:

i = 1 / Z

Điều này là như vậy bởi vì trong hệ thống này, trục vít được coi như một đĩa răng đơn đã được cắt xoắn ốc. Vì vậy, nếu bạn có một đĩa xích 60 răng, chẳng hạn, thì nó sẽ là 1/60 (điều này có nghĩa là trục vít sẽ phải quay 60 lần để đĩa xích hoàn thành 1 lượt). Ngoài ra, nó là một cơ chế không thể đảo ngược như những người khác, đó là không thể quay đĩa xích để con sâu quay, chỉ có con sâu mới có thể là trục truyền động ở đây.

Tính toán giá đỡ và bánh răng

Đối với hệ thống Giá đỡ và bánh răng, các phép tính lại thay đổi, trong trường hợp này là:

V = (p Z N) / 60

Nghĩa là, nhân bước răng của bánh răng (tính bằng mét), với số răng của bánh răng và với số vòng quay của bánh răng (tính bằng RPM). Và số đó chia cho 60. Ví dụ: hãy tưởng tượng bạn có một hệ thống có bánh răng 30 răng, bước răng 0.025m và tốc độ quay 40 RPM:

V = (0.025) / 30

V = 0.5 m / s

Tức là, nó sẽ tiến nửa mét mỗi giây. Và, trong trường hợp này, vâng nó có thể đảo ngượcTức là, nếu thanh răng được dịch chuyển theo phương dọc, bánh răng có thể quay.

Bạn thậm chí có thể tính toán thời gian đi một quãng đường bằng cách tính đến công thức chuyển động dòng đồng đều (v = d / t), nghĩa là, nếu vận tốc bằng quãng đường chia cho thời gian, thì thời gian bị xóa:

t = d / v

Do đó, khi đã biết tốc độ và quãng đường mà bạn muốn tính, chẳng hạn, hãy tưởng tượng rằng bạn muốn tính xem mất bao lâu để đi được 1 mét:

t = 1 / 0.5

t = 2 giây

Tôi hy vọng tôi đã giúp bạn có được ít nhất những kiến ​​thức cần thiết nhất về bánh răng, để bạn hiểu cách chúng hoạt động và cách bạn có thể sử dụng chúng để tạo lợi thế trong các dự án tương lai của mình.