齒輪：關於這些鏈輪你需要知道的一切

很多 齒輪 它們存在於多種當前機制中，從模擬時鐘到車輛發動機、變速箱，再到機器人、打印機和許多其他機電系統。 多虧了他們，傳輸系統可以被製造出來，不僅可以傳輸運動，還可以改變它。

因此，它們是非常重要的元素 你應該知道它們是如何工作的 正確。 這樣，您就可以為您的項目使用正確的齒輪，並更好地了解它們的運作方式......

什麼是齒輪？

有鏈條系統、滑輪系統、摩擦輪等。 他們都是 傳輸系統 及其優點和缺點。 但在所有這些中，齒輪系統脫穎而出，通常因其特性而受到青睞：

• 由於它們的齒，它們可以承受很大的力而不會滑動，摩擦輪或滑輪就是這種情況。
• 它是一個可逆系統，能夠在兩個方向上傳輸動力或運動。
• 它們允許非常精確的運動控制，如在 步進馬達，例如。
• 它們允許在鏈條或滑輪前面創建緊湊的傳動系統。
• 可以組合不同的尺寸來干擾每個軸的旋轉。 一般使用兩個鏈輪時，較大的齒輪稱為輪子和小齒輪。

Un 齒輪或鈍齒輪 它只不過是一種在其外緣或內緣上刻有一系列齒的輪子，具體取決於它的齒輪類型。 這些鏈輪將進行旋轉運動以在它們所連接的軸上產生扭矩，並且它們可以組合在一起以生成更複雜的齒輪系統，將它們的齒裝配在一起。

顯然，要做到這一點， 牙齒的類型和大小 必須匹配。 否則它們將不兼容並且不適合。 這些參數將在下一節中討論......

齒輪零件

兩個齒輪要配合在一起，直徑和齒數可以變化，但它們必須考慮一系列因素，這些因素是構成齒輪的因素 相互兼容，例如他們使用的牙齒類型、尺寸等。

正如你在上一張圖片中看到的，有 幾個部分 在一個齒輪你應該知道：

• 隔膜或手臂：它是負責連接表冠和立方體以傳遞運動的部分。 它們可以或多或少地厚，其成分和強度在很大程度上取決於強度和重量。 有時它們通常被穿孔以減輕重量，有時則選擇實心隔板。
• 魔方: 是安裝運動傳動軸的部分，是安裝在隔板上的部分。
• 電暈：是齒輪被切齒的區域。 這是最重要的，因為設備的兼容性、行為和性能將取決於它。
• 齒：它是牙冠的牙齒或突起之一。 牙齒可以細分為幾個部分：
  • 克雷斯塔: 是牙齒的外部或尖端。
  • 正面和側面：是齒面的上下部分，即嚙合的兩個齒輪之間的接觸面。
  • 谷：它是齒的下部或兩個齒之間的中間區域，其中將容納另一個與之嚙合的齒輪的齒頂。

所有這一切產生了一系列 牙冠幾何形狀 這將區分齒輪的類型和屬性：

• 根周長：標記牙齒的谷底或底部。 也就是說，它限定了齒輪的內徑。
• 原始圓周：建立牙齒側面的兩個部分之間的劃分：​​面和側面。 這是一個非常重要的參數，因為所有其他參數都是基於它定義的。 它將牙齒分為兩部分，牙根和牙根。
  • 牙足或牙根：它是牙齒的下部區域，位於原始周長和牙根周長之間。
  • 牙頭或牙冠：牙齒的上部區域，從原始圓周和外圓周開始。
• 頭圍- 將標記齒頂，即齒輪的外徑。

可以想像，根據牙冠、直徑和牙齒類型，您可以 換檔 根據：

• 齒數：它將定義傳動比，並且是確定其在傳動系統中的行為的最重要參數之一。
• 齒高：從山谷到山脊的總高度。
• 圓形台階：牙齒的一部分與下一顆牙齒的同一部分之間的距離。 即牙齒相距多遠，這也與數量有關。
• Espesor: 是齒輪的厚度。

齒輪應用

該 齒輪應用 有很多，正如我之前已經評論過的。 它的一些實際應用是：

• 汽車變速箱。
• 用於轉向控制的步進電機。
• 液壓炸彈。
• 各種發動機，例如轉動或運動傳動元件。
• 差異化機制。
• 打印機移動打印頭或滾筒。
• 用於移動部件的機器人。
• 工業機械。
• 模擬時鐘。
• 帶有機械零件的家用電器。
• 帶有移動部件的電子設備。
• 開門電機。
• 移動玩具。
• 農業機械。
• 航空學。
• 能源生產（風能、熱能等）。
• 等。

您可以為您的 Arduino、機器人等項目想到許多其他應用程序。 您可以自動化許多機制並玩轉速度等。

齒輪種類

根據它的齒數和齒輪本身的特性，你有 不同類型的齒輪 觸手可及，每種都有其優點和缺點，因此為每種應用選擇合適的產品非常重要。

很多 最常見的類型 聲音：

• 圓柱型: 用於平行軸。
  • 直的：它們是最常見的，當需要速度不是很高的簡單齒輪時使用。
  • 螺旋: 它們是以前版本的更高級版本。 在它們中，齒圍繞圓柱（單或雙）排列成平行的螺旋路徑。 與直線相比，它們具有明顯的優勢，例如更安靜、以更高的速度運行、可以傳輸更多的動力以及更均勻、更安全的運動。
• 錐：它們用於傳輸以不同角度放置的軸之間的運動，即使是 90º。
  • 直的：它們使用直齒並與直圓柱齒具有相同的特性。
  • 螺旋：在這種情況下，它們支持更高的速度和力，就像螺旋線一樣。
• 內齒輪：他們的牙齒或牙冠不是刻在外面，而是刻在裡面。 它們並不常見，但它們也用於某些應用程序。
• 天文館：它是一組用於某些傳動系統的齒輪，其中有一個中心齒輪，其他較小的齒輪圍繞它旋轉。 這就是為什麼它有這個名字，因為它們似乎在繞軌道運行。
• 無盡螺絲: 它是一些工業或電子機構中的常見齒輪。 它使用齒被切割成螺旋形狀的齒輪。 它們產生非常恒定的速度並且沒有振動或噪音。 它們可以傳遞到一個直齒輪，該齒輪的軸線傾斜於無端螺桿。
• 齒輪齒條：它是一組齒輪，在某些機構中也很常見，可以將軸的旋轉運動轉換為線性運動，反之亦然。

如果你參加 他的作文，您還可以區分以下材料：

• 金屬：它們通常由不同類型的鋼、銅合金、鋁合金、鑄鐵或灰口鑄鐵、鎂合金等製成。
• 塑料: 它們用於電子產品、玩具等。 它們是聚碳酸酯、聚酰胺或 PVC 齒輪、乙縮醛樹脂、PEEK 聚醚醚酮、聚四氟乙烯 (PTFE) 和液晶聚合物 (LCP)。
• 木：它們並不常見，僅在舊機製或某些玩具中。
• 他人：很可能在非常特殊的情況下使用其他纖維或特定材料。

齒輪哪裡買？

您 找到不同類型的齒輪 在許多機械或電子商店。 例如，以下是一些示例：

• 塑料電機齒輪套件。 有 64 種不同的類型。
• 找不到產品。
• 16 種不同金屬零件的套件，包括螺旋線。
• 塑料主軸齒輪套件。

這些產品體積小，如果您需要更大的齒輪，您可能不會那麼容易找到它們。 此外，如果您需要非常具體的東西，許多車工車間都可以 為你做。 該 3D打印機 他們還幫助製造商製造自己的齒輪。

鏈輪系統的基本計算

正如你在這個 GIF 中看到的，你必須明白當兩個齒輪嚙合時，兩個軸 將向相反方向旋轉 並且不是同一個意思。 如您所見，如果您看紅色的鋸齒狀街道，它會向右轉，而藍色的則向左轉。

因此， 使軸向同一方向旋轉 有必要添加另一個額外的輪子，例如綠色的輪子。 這樣，紅色和綠色以相同的方向旋轉。 這是因為，當藍色向左旋轉時，當接合藍綠色時，綠色會再次反轉旋轉方向，與紅色同步。

在 GIF 中可以欣賞的另一件事是 轉彎速度. 如果所有齒輪的直徑和齒數相同，則所有軸將以相同的速度旋轉。 另一方面，當齒數/直徑改變時，速度也會改變。 正如您在這種情況下所看到的，紅色是旋轉最快的，因為它的直徑較小，而藍色以中等速度旋轉，而綠色是旋轉最慢的。

對此， 可以認為玩大小可以改變速度. 你是對的，就像自行車可以用齒輪來做，或者變速箱可以用汽車的齒輪比來做。 不僅如此，您還可以計算轉彎速度。

當你有兩個齒輪嚙合時，一個 小（小齒輪）和另一個大（輪），可能會發生以下情況：

• 如果我們想像電機或牽引力施加在小齒輪上並驅動車輪，雖然小齒輪高速旋轉，但有一個更大的輪子，它會減慢它的速度，充當一個 減速器. 只有當它們的尺寸相同（小齒輪 = 車輪）時，兩個軸才會以相同的速度旋轉。
• 另一方面，如果我們想像它是具有牽引力的車輪並對其施加了速度，即使它很低，小齒輪也會轉動得更快，因為它的小尺寸充當 乘數.

齒輪傳動計算

一旦你理解了這一點，你就可以通過應用來執行兩個齒輪之間的簡單傳動系統的計算 公式:

N1 Z1 = N2 Z2

其中 Z 是齒輪 1 和 2 嚙合的齒數，N 是軸的轉速，單位為 RPM（每分鐘轉數或每分鐘轉數）。 為了 例子，想像一下在上面的 GIF 中，為了簡化：

• 紅色（驅動器）= 4 個齒，電機對其軸施加 7 RPM 的轉速。
• 藍色 = 8 顆牙齒
• 綠色 = 16 顆牙齒

如果你想在這個系統中計算轉彎，你必須首先計算藍色的速度：

4 7 = 8 z

z = 4 7/8

z = 3.5 轉/分

也就是說，藍色軸的轉速為 3.5 RPM，比紅色軸的 4 RPM 稍慢。 如果你想計算綠色的轉彎，現在你知道藍色的速度：

8 3.5 = 16 z

z = 8 3.5/16

z = 1.75

如您所見，綠色將以 1.75 RPM 旋轉，這比藍色和綠色慢。 如果電機位於綠色軸上並且驅動輪以 4 RPM 旋轉會發生什麼，那麼藍色的旋轉為 8 RPM，紅色為 16 RPM。

因此，當驅動輪較小時，最終軸上的速度較低，但力較大。 如果是大輪子承載牽引力，小輪子速度更快，但力更小。 因為那裡 功率或扭矩 不同的？ 看看這個公式：

P = T ω

其中 P 是軸傳輸的功率，單位為瓦特 (W)，T 是產生的扭矩 (Nm)， ω 軸旋轉的角速度（弧度/秒）. 如果電機功率保持不變，轉速增加或減少，那麼 T. 也會改變；如果 T 保持不變，速度改變，那麼 P 也會改變。

您可能還想計算一個軸是否以 X RPM 旋轉，它會線性前進多少，即 線速度. 例如，假設在紅色軸中有一個直流電機，在綠色軸上放置了一個輪子，以便電機在表面上運行。 它會走多快？

為此，您只需計算已安裝輪胎的周長。 為此，將直徑乘以 Pi，它將為您提供周長。 知道車輪每轉可以前進多少並考慮每分鐘轉什麼，就可以得到線速度......

在這裡，我向您展示一個視頻，以便您可以更好地理解這一點：

蜗杆和鏈輪的計算

至於 蝸輪和鏈輪, 可以用以下公式計算：

我 = 1 / Z

之所以如此，是因為在該系統中，螺釘被視為已被螺旋切割的單齒鏈輪。 因此，例如，如果您有一個 60 齒的鏈輪，那麼它將是 1/60（這意味著螺釘必須旋轉 60 次才能使鏈輪完成 1 圈）。 另外，它是一種不像其他人那樣可逆的機構，即鏈輪不能轉動，使蜗杆轉動， 這裡只有蜗杆可以作為驅動軸.

齒輪齒條計算

對於系統 齒輪齒條， 計算再次發生變化，在這種情況下，它們是：

V = (p·Z·N) / 60

即，將小齒輪齒的節距（以米為單位）乘以小齒輪齒數和小齒輪圈數（以 RPM 為單位）。 然後除以 60。例如，假設您有一個帶有 30 齒小齒輪、0.025m 節距和 40 RPM 旋轉速度的系統：

V = (0.025) / 30

V = 0.5 m/s

也就是說，它每秒會前進半米。 而且，在這種情況下， 是的，它是可逆的也就是說，如果齒條縱向移動，則可以使小齒輪旋轉。

您甚至可以通過考慮以下公式來計算行駛一段距離所需的時間 勻線運動 (v = d / t)，即如果速度等於距離除以時間，則時間清零：

t = d / v

因此，已經知道要計算的速度和距離，例如，假設您要計算行駛 1 米需要多長時間：

t = 1 / 0.5

t = 2 秒

我希望我至少已經幫助您獲得了有關齒輪的最基本知識，以便您了解它們的工作原理以及如何在未來的項目中利用它們來發揮自己的優勢。