Cum funcționează angrenajul
Angrenajele sunt utilizate într-o gamă largă de dispozitive mecanice. Ei efectuează o serie de locuri de muncă importante, dar cel mai important, ele oferă o reducere a angrenajului pentru echipamentele motorizate. Acest lucru este esențial deoarece, de obicei, motoarele mici care se rotesc foarte repede pot oferi suficientă putere pentru dispozitiv, dar nu suficient cuplu. De exemplu, reducerea angrenajului unei șurubelnițe electrice este foarte mare, deoarece necesită mult cuplu pentru a roti șurubul, dar motorul produce un cuplu foarte mic la viteză mare. Prin reducerea treptelor de viteză, viteza de ieșire poate fi redusă în timp ce crește cuplul.
Un alt lucru pe care îl face o treaptă de viteză este să ajusteze direcția de rotație. Într-un diferențial între roțile din spate ale unei mașini, de exemplu, puterea este transmisă printr-un arbore care rulează de-a lungul centrului mașinii, iar diferențialul trebuie să rotească puterea la 90 de grade pentru a o aplica roților.
Există multe complicații cu diferite tipuri de angrenaje. În acest articol, vom afla exact cum funcționează dinții de pe angrenaje și vom discuta despre diferitele tipuri de angrenaje pe care le găsiți în diverse gadgeturi mecanice.
Pe orice treaptă de viteză, raportul este determinat de distanța de la centrul angrenajului până la punctul de contact. De exemplu, într-un dispozitiv cu două trepte de viteză, dacă unul este de două ori diametrul celuilalt, raportul este de 2:1.
Unul dintre cele mai primitive tipuri de angrenaje pe care le putem vedea este o roată cu un vârf de lemn care iese.
Problema cu aceste trepte de viteză este că, pe măsură ce se rotesc, distanța de la centrul fiecărei trepte de viteză până la punctul de contact se schimbă. Aceasta înseamnă că raportul de transmisie se schimbă pe măsură ce treptele de viteză se rotesc, ceea ce înseamnă că și viteza de ieșire se va schimba. Dacă folosești astfel de trepte de viteză într-o mașină, este imposibil să păstrezi o viteză constantă -- accelerezi și încetinești constant.
Multe angrenaje moderne folosesc forme speciale de dinți numite involuți. Profilul are proprietatea foarte importantă de a menține un raport constant de viteză între cele două trepte de viteză. La fel ca roata de unghii de mai sus, punctul de contact se mișcă; Dar forma dinților involuați compensează această mișcare. Consultați această secțiune pentru mai multe informații.
Acum, să ne uităm la unele tipuri diferite de angrenaje.
Angrenajele de pinten sunt cel mai comun tip de angrenaj. Au dinți drepți și sunt montați pe axe paralele. Uneori, multe angrenaje de pinten sunt folosite în același timp pentru a produce o reducere foarte mare a angrenajului.
Angrenajele Spur sunt utilizate în multe dintre dispozitivele găsite peste tot la HowStuffWorks, cum ar fi șurubelnițele electrice, monștrii dansatori, aspersoarele swinging, ceasurile cu alarmă, mașinile de spălat și uscătoarele. Dar nu veți găsi multe în mașină.
Asta pentru că angrenajele de pinteni pot fi foarte puternice. De fiecare dată când un dinte de angrenaj se angajează cu un dinte pe o altă treaptă de viteză, acești dinți se vor ciocni, iar această coliziune va produce zgomot. De asemenea, crește stresul asupra dinților angrenajului.
Cele mai multe trepte de viteză în mașini sunt elicoidale pentru a reduce zgomotul și presiunea din ele.
Dinții de pe un angrenaj elicoidal sunt la un unghi față de suprafața angrenajului. Când doi dinți de pe un sistem de angrenaje elicoidale se angajează, contactul începe la un capăt al dintelui și se extinde treptat pe măsură ce angrenajul se rotește până când cei doi dinți sunt complet angajați.
Această implicare progresivă permite angrenajelor elicoidale să funcționeze mai lin și mai silențios decât angrenajele de pinten. Prin urmare, aproape toate transmisiile auto folosesc angrenaje elicoidale.
Din cauza unghiurilor dinților de pe angrenajele elicoidale, acestea generează sarcini de împingere pe angrenaje atunci când sunt angajate. Echipamentul care utilizează angrenaje elicoidale are rulmenți care pot susține această sarcină de împingere.
Unul dintre lucrurile interesante despre angrenajele elicoidale este că, dacă dinții angrenajului sunt înclinați corect, aceștia pot fi montați pe axa verticală pentru a regla unghiul de rotație la 90 de grade.
Angrenajele teșite sunt utile atunci când este necesar să se schimbe direcția de rotație a arborelui. Ele sunt de obicei montate pe arbori la 90 de grade distanță, dar pot fi, de asemenea, proiectate pentru a lucra în alte unghiuri.
Dinții de pe angrenajele teșite pot fi drepți, elicoidi sau hipoizi. Dinții angrenajelor teșite au de fapt aceeași problemă ca și dinții angrenajelor de pinteni -- când fiecare dinte are ochiuri, lovește dintele corespunzător în același timp.
La fel ca angrenajele de pinten, soluția la această problemă este îndoirea dinților angrenajului. Acești dinți elicoidali se angajează la fel ca dinții elicoidali: contactul începe de la un capăt al angrenajului și se extinde treptat la întregul dinte.
În angrenajele conice cu pinteni și spirală, arborii trebuie să fie perpendiculari unul pe celălalt, dar trebuie să fie și în același plan. Dacă extindeți cei doi arbori din angrenaj, acestea se vor intersecta. Angrenajele hipoide, pe de altă parte, pot angaja arbori în diferite planuri.
Această caracteristică este utilizată în multe diferențiale auto. Inelul de transmisie și pinionul de intrare al diferențialului sunt hipoide. Acest lucru permite pinionul de intrare să fie montat sub axa inelului. Deoarece arborele de antrenare al mașinii este conectat la pinionul de intrare, acest lucru scade și arborele de antrenare. Asta înseamnă că arborele de antrenare nu pătrunde prea mult în habitaclu al mașinii, eliberând mai mult spațiu pentru oameni și marfă.
Rack-ul și pinionul sunt folosite pentru a converti rotația în mișcare liniară. Sistemul de direcție din multe mașini este un bun exemplu. Volanul întoarce treptele de viteză care angajează suportul. Pe măsură ce treapta de viteză se rotește, alunecă rack-ul spre dreapta sau spre stânga, în funcție de modul în care rotiți roata.
Unele cântare folosesc, de asemenea, un rack și un pinion pentru a transforma un cadran care arată greutatea dvs.
Angrenaje planetare și rapoarte de transmisie
Orice angrenaj planetar are trei componente principale:
Angrenajul soarelui
Angrenaje planetare și rafturi de angrenaje planetare
Angrenaj inel
Fiecare dintre aceste trei componente pot fi de intrare, de ieșire, sau poate sta pe loc. Ce parte este aleasă pentru a juca ce rol determină raportul de transmisie al setului de viteze. Să ne uităm la seturile individuale de angrenaje planetare.
Unul dintre seturile de viteze planetare din transmisia noastră are un inel de 72 de dinți și o roată de soare de 30 de dinți. Putem obține multe rapoarte de transmisie diferite din acest set de viteze.
În plus, blocarea oricăror două dintre cele trei componente împreună blochează întregul dispozitiv la o reducere de 1:1 a treptelor de viteză. Rețineți că primul raport de transmisie enumerat mai sus este o decelerare - viteza de ieșire este mai mică decât viteza de intrare. Al doilea este overdrive -- ieșirea este mai rapidă decât intrarea. Și în cele din urmă coboară din nou, dar ieșirea merge în direcția opusă. Există mai multe alte rapoarte pentru acest set de angrenaje planetare, dar acestea sunt rapoartele asociate cu transmisiile noastre automate. Le puteți încerca în animația de mai jos:
Astfel, acest set de angrenaje poate produce toate aceste rapoarte de transmisie diferite, fără a angaja sau decupla orice alte trepte de viteză. Prin utilizarea a două astfel de seturi de viteze în succesiune, putem obține cele patru trepte de viteză înainte și una inversă necesare pentru transmisie. Vom pune cele două seturi de angrenaje împreună în secțiunea următoare.
