Jak działa sprzęt
Koła zębate znajdują zastosowanie w szerokiej gamie urządzeń mechanicznych. Wykonują szereg ważnych prac, ale co najważniejsze, zapewniają redukcję biegów dla sprzętu zmotoryzowanego. Jest to kluczowe, ponieważ zazwyczaj małe silniki, które obracają się bardzo szybko, mogą zapewnić wystarczającą moc dla urządzenia, ale niewystarczający moment obrotowy. Na przykład redukcja przełożenia wkrętarki elektrycznej jest bardzo duża, ponieważ wymaga dużego momentu obrotowego do obrócenia śruby, ale silnik wytwarza bardzo mały moment obrotowy przy dużej prędkości. Zmniejszając bieg, można zmniejszyć prędkość wyjściową przy jednoczesnym zwiększeniu momentu obrotowego.
Kolejną rzeczą, jaką robi przekładnia, jest dostosowanie kierunku obrotów. Na przykład w mechanizmie różnicowym między tylnymi kołami samochodu moc jest przekazywana przez wał biegnący wzdłuż środka samochodu, a mechanizm różnicowy musi obracać moc o 90 stopni, aby przenosić ją na koła.
Istnieje wiele zawiłości z różnymi rodzajami kół zębatych. W tym artykule dowiemy się dokładnie, jak działają zęby na kołach zębatych i omówimy różne rodzaje kół zębatych, które można znaleźć w różnych gadżetach mechanicznych.
Na każdym biegu przełożenie zależy od odległości od środka koła zębatego do punktu styku. Na przykład w urządzeniu z dwoma biegami, jeśli jeden jest dwukrotnie większy od drugiego, przełożenie wynosi 2:1.
Jednym z najbardziej prymitywnych rodzajów kół zębatych, jakie możemy zobaczyć, jest koło z wystającym drewnianym kolcem.
Problem z tymi kołami zębatymi polega na tym, że gdy się obracają, zmienia się odległość od środka każdego koła zębatego do punktu styku. Oznacza to, że przełożenie zmienia się wraz ze zmianą biegów, co oznacza, że zmienia się również prędkość wyjściowa. Jeśli używasz takich biegów w samochodzie, nie da się utrzymać stałej prędkości, -- przy ciągłym przyspieszaniu i zwalnianiu.
Wiele nowoczesnych kół zębatych wykorzystuje specjalne kształty zębów zwane ewolwentami. Profil ma bardzo ważną właściwość utrzymywania stałego stosunku prędkości pomiędzy dwoma biegami. Podobnie jak koło gwoździa powyżej, punkt styku porusza się; Ale kształt zębów ewolwentowych kompensuje ten ruch. Więcej informacji znajdziesz w tej sekcji.
Przyjrzyjmy się teraz kilku różnym rodzajom kół zębatych.
Koła zębate czołowe są najczęstszym rodzajem przekładni. Mają proste zęby i są zamontowane na równoległych osiach. Czasami wiele kół zębatych jest używanych jednocześnie, aby uzyskać bardzo dużą redukcję przełożenia.
Koła zębate są używane w wielu urządzeniach, które można znaleźć wszędzie w HowStuffWorks, takich jak elektryczne śrubokręty, tańczące potwory, wahliwe zraszacze, nakręcane budziki, pralki i suszarki. Ale nie znajdziesz wielu w swoim samochodzie.
To dlatego, że koła zębate mogą być bardzo głośne. Za każdym razem, gdy ząb koła zębatego zazębia się z zębem innego koła zębatego, zęby te zderzają się, co powoduje hałas. Zwiększa również nacisk na zęby kół zębatych.
Większość kół zębatych w samochodach jest śrubowa, aby zmniejszyć w nich hałas i ciśnienie.
Zęby koła zębatego śrubowego są ustawione pod kątem do powierzchni koła zębatego. Kiedy dwa zęby na śrubowym układzie zębatym zazębiają się, kontakt zaczyna się na jednym końcu zęba i stopniowo rozszerza się, gdy koło zębate obraca się, aż do pełnego sprzęgnięcia dwóch zębów.
To progresywne zazębienie pozwala przekładniom śrubowym pracować płynniej i ciszej niż przekładnie czołowe. Dlatego prawie wszystkie przekładnie samochodowe wykorzystują koła zębate śrubowe.
Ze względu na kąty zębów na kołach śrubowych generują one obciążenia wzdłużne na koła zębate, gdy są one sprzężone. Sprzęt wykorzystujący koła zębate śrubowe ma łożyska, które mogą wytrzymać to obciążenie wzdłużne.
Jedną z interesujących rzeczy dotyczących kół zębatych śrubowych jest to, że jeśli zęby kół zębatych są ustawione pod odpowiednim kątem, można je zamontować na osi pionowej, aby dostosować kąt obrotu do 90 stopni.
Koła stożkowe są przydatne, gdy konieczna jest zmiana kierunku obrotu wału. Są one zwykle montowane na wałach odsuniętych o 90 stopni, ale mogą być również zaprojektowane do pracy pod innymi kątami.
Zęby kół zębatych stożkowych mogą być proste, śrubowe lub hipoidalne. Zęby kół zębatych stożkowych mają ten sam problem, co zęby kół zębatych walcowych --, gdy każdy ząb się zazębia, uderza w odpowiedni ząb w tym samym czasie.
Podobnie jak w przypadku kół zębatych, rozwiązaniem tego problemu jest wygięcie zębów przekładni. Te spiralne zęby zazębiają się jak spiralne zęby: kontakt zaczyna się na jednym końcu koła zębatego i stopniowo rozciąga się na cały ząb.
W stożkowych kołach zębatych walcowych i spiralnych wały muszą być do siebie prostopadłe, ale muszą również znajdować się w tej samej płaszczyźnie. Jeśli wysuniesz dwa wały z koła zębatego, będą się przecinać. Z drugiej strony przekładnie hipoidalne mogą sprzęgać wały w różnych płaszczyznach.
Ta funkcja jest używana w wielu dyferencjałach samochodowych. Pierścień zębaty i zębnik wejściowy mechanizmu różnicowego są hipoidalne. Pozwala to na zamontowanie zębnika wejściowego poniżej osi pierścienia. Ponieważ wał napędowy samochodu jest połączony z zębnikiem wejściowym, obniża to również wał napędowy. Oznacza to, że wał napędowy nie wchodzi zbytnio do przedziału pasażerskiego samochodu, uwalniając więcej miejsca dla ludzi i ładunku.
Zębatka i zębnik służą do przekształcania ruchu obrotowego w ruch liniowy. Dobrym przykładem jest układ kierowniczy w wielu samochodach. Kierownica obraca biegi, które sprzęgają się z zębatką. Gdy przekładnia się obraca, przesuwa zębatkę w prawo lub w lewo, w zależności od tego, jak obracasz kołem.
Niektóre wagi używają również zębatki i zębatki do obracania tarczy, która pokazuje twoją wagę.
Przekładnie planetarne i przełożenia przekładni
Każda przekładnia planetarna składa się z trzech głównych elementów:
Koło słoneczne
Przekładnie planetarne i zębatki planetarne
Pierścień zębaty
Każdy z tych trzech elementów może być wejściem, wyjściem lub może stać w miejscu. Która część jest wybrana do odegrania, jaką rolę determinuje przełożenie zestawu kół zębatych. Przyjrzyjmy się poszczególnym zestawom przekładni planetarnych.
Jeden z zestawów planetarnych w naszej skrzyni biegów posiada 72-zębowy pierścień i 30-zębowe koło słoneczne. Z tego zestawu możemy uzyskać wiele różnych przełożeń.
Ponadto zablokowanie dowolnych dwóch z trzech elementów razem blokuje całe urządzenie z redukcją przełożenia 1:1. Zauważ, że pierwsze przełożenie wymienione powyżej to opóźnienie --, prędkość wyjściowa jest mniejsza niż prędkość wejściowa. Drugi to overdrive -- wyjście jest szybsze niż wejście. A potem w końcu znowu spada, ale wyjście idzie w przeciwnym kierunku. Istnieje kilka innych przełożeń dla tego zestawu przekładni planetarnych, ale są to przełożenia związane z naszymi automatycznymi skrzyniami biegów. Możesz je wypróbować na poniższej animacji:
Tak więc ten zestaw kół zębatych może wytwarzać wszystkie te różne przełożenia bez włączania lub wyłączania jakichkolwiek innych kół zębatych. Stosując kolejno dwa takie zestawy biegów, możemy uzyskać cztery biegi do przodu i jeden do tyłu, niezbędne do skrzyni biegów. W następnym rozdziale połączymy dwa zestawy kół zębatych.
